გიორგი ლეონიძე 1899 წლის 27 დეკემბერს საგარეჯოს რაიონში, სოფელი პატარძეულში დაიბადა. 1907 წელს ლეონიძე თბილისის სასულიერო სასწავლებელში მიაბარეს. მან თანამოაზრეებთან ერთად ლიტერატურული წრე ჩამოაყალიბა. 1913 წელს სწავლა თბილისის სასულიერო სემინარიაში განაგრძო, რომელიც 1918 წელს დაასრულა. სემინარიაში იგი ვასილ ბარნოვთან, ნიკო სულხანიშვილთან და კორნელი კეკელიძესთან ერთად სწავლობდა.
ლეონიძის პირველი ლექსები და წერილები პრესაში 1911 წლიდან გამოჩნდა. იგი რედაქტორობდა ხელნაწერ ჟურნალებს "გვირგვინი" და "ფანდური", რომლებიც სემინარიაში გამოდიოდა. 1916 წელს ლეონიძემ გამოსცა ლიტერატურული ალმანახი "საფირონი".
პირველი ლექსი "მცხეთა" ახალგაზრდობაშივე გამოაქვეყნა (1911, გაზეთ "სინათლე"). 1912 წლიდან ლეონიძის ლექსები სისტემატურად იბეჭდებოდა ჟურნალ-გაზეთებში, თუმცა პოეტი თავისი შეგნებული სამწერლო მოღვაწეობის დასაწყისად 1915 წელს ასახელებდა. ამ წელს დასტამბულ ლექსებში, წერილში "ოსკარ უალდი" (ჟურნალი "თეატრი და ცხოვრება", № 51) და სხვა აშკარად გამოჩნდა პოეტის მოდერნისტული განწყობილებანი.
1918 წელს ლეონიძე დაუახლოვდა "ცისფერყანწელებს". 1919 წელს პოეტმა თბილისის სახელმწიფო უნივერსტეტში განაგრძო სწავლა. 1921 წელს ტიციან ტაბიძესთან ერთად გამოსცა პოეტური კრებული "რევოლჱიუციის პოეტები". 1922-1923 წლებში ლეონიძე "ცისფერყანწელთა" ყოველკვირეულ სალიტერატურო გაზეთ "ბახტრიონს" რედაქტორობდა.
ლეონიძე თვითმყოფადი და ღრმად ეროვნული პოეტია. მისმა ადრინდელი ლირიკულმა შედევრებმა ("ნინოწმინდის ღამე", "სიმღერა პირველი თოვლისა", 1926; "მყვირალობა", "ყივჩაღის პაემანი", "ყივჩაღის რამე", 1928; "ოლე", 1931 და სხვა) იმთავითვე განსაზღვრა პოეტის როლი XX საუკუნის ქართულ პოეზიაში.
ლეონიძის მოთხრობების წიგნმა "ნატვრის ხემ" (1962, იმავე სახელწოდების ფილმი - 1976, რეჟისორი თენგიზ აბულაძე) სრულიად ახალ მხატვრულ სამყაროს აზიარა მკითხველი, პოეტის ყრმობის ხორცშესხმული აჩრდილები გააზრებული დიდი მხატვრის ღრმა ინტელექტით, თანამედროვე ოსტატის თვალთახედვით წარმოგვიდგება. ერთმანეთთან დაუკავშირებელი მცირე მოთხრობების ეპიკურობა მძლავრი პოეტური ნაკადითაა გაჯერებული.
ლეონიძე ნაყოფიერად იღვწოდა ლიტერატურათმცოდნეობაშიც. იყო ქართული ლიტერატურის, განსაკუთრებით ძველი ქართული მწერლობის მკვლევარი, ძველი ხელნაწერების დაუცხრომელი მაძიებელი და გამომცემელი. 30-იან წლებში მისი ინიციატივით დაარსდა მთაწმინდის მწერალთა მუზეუმი, რომელიც მოგვიანებით საქართველოს სახელმწიფო ლიტერატურულ მუზეუმად გადაკეთდა (ამჟამად გ. ლეონიძის სახელობისა), იგი წლების განმავლობაში ამ მუზეუმის დირექტორად მუშაობდა. ი. ჭავჭავაძის სახლ-მუზეუმი საგურამოში, ალმანახი "ლიტერატურული მემკვიდრეობა", რომელსაც თვითონვე რედაქტორობდა. 1940-1948 წლებში "ლიტერატურული მატიანის" რედაქტორი იყო, 1951-1953 წლებში ხელმძღვანელობდა საქართველოს მწერალთა კავშირს, 1957-1966 წლებში - შოთა რუსთაველის სახელობის ქართული ლიტერატურის ისტორიის ინსტიტუტს.
ლეონიძე დაჯილდოებულია სხვადასხვა ორდენითა და მედლით.
გიორგი ლეონიძე 1966 წლის 9 აგვისტოს გარდაიცვალა. დაკრძალულია მთაწმინდის მწერალთა და საზოგადო მოღვაწეთა პანთეონში.