Nació en Turín, y trabajó como asistente del Museo Civico di Storia Naturale di Genova, el museo de Historia Natural de Génova.

Realizó varios viajes para recoger muestras zoológicas, incluyendo en Birmania (1885), Cabo Verde (1898), las islas del Golfo de Guinea (1899/1900) y África Occidental Portuguesa.

Pasó cuatro años en Birmania, donde acumuló grandes colecciones de insectos y aves.

Había planeado una expedición en Malasia, pero su mal estado de salud le obligó a elegir una región con un clima más seco, y por lo tanto viajó a las islas de Cabo Verde.

Varias especies han sido nombrados en conmemoración de su obra como naturalista y zoólogo:[1]​ La abreviatura Fea se emplea para indicar a Leonardo Fea como autoridad en la descripción y taxonomía en zoología.