Sergio Leone sinh ra v practicallyà trong ngành điện ảnh - ông là con trai của Roberto Roberti (còn được biết đến với tên Vincenzo Leone), một trong những nhà tiên phong điện ảnh của Italy, và nữ diễn viên Bice Valerian. Leone bắt đầu làm việc trong điện ảnh khi mới 19 tuổi, làm trợ lý đạo diễn cho cả đạo diễn Italy và những đạo diễn Mỹ làm việc tại Italy (thường thực hiện các bộ phim kinh thiên động địa theo kịch bản Thánh Kinh và đế quốc La Mã, thời đó đang thịnh hành). Vào cuối những năm 1950, ông bắt đầu viết kịch bản và sau đó công việc đạo diễn với việc tiếp quản Last Days of Pompeii (1959) khi đạo diễn gốc bị ốm. Phim đầu tay do một mình ông làm đạo diễn, The Colossus of Rhodes (1961), là một bộ phim kinh thiên địa La Mã bình thường, nhưng phim thứ hai của ông, A Fistful of Dollars (1964), là một bản làm lại trắng trợn của Yojimbo (1961) của Akira Kurosawa và đã tạo nên một cách mạng. Đây là bộ phim miền Trung Quốc đầu tiên, và bộ phim đã đẩy tên tuổi của diễn viên người Mỹ đóng vai nhà vô địch truyền hình Clint Eastwood lên đỉnh cao (Leone muốn Henry Fonda hoặc Charles Bronson nhưng không đủ tiền). Hai phần tiếp theo là For a Few Dollars More (1965) và The Good, the Bad and the Ugly (1966), được làm với ngân sách cao hơn và càng thành công hơn, nhưng kiệt tác của ông, Once Upon a Time in the West (1968), trong đó ông cuối cùng đã hợp tác với Fonda và Bronson, đã bị cắt xén bởi Paramount Pictures và thất bại tại phòng vé Mỹ. Ông chỉ đạo bộ phim Duck, You Sucker! (1971) một cách không hợp tác (như người sản xuất, ông thuê Peter Bogdanovich đạo diễn nhưng ông đã rời đi trước khi bắt đầu quay), và từ chối đề nghị đạo diễn The Godfather (1972) để làm theo dự án mơ ước của mình, trở thành Once Upon a Time in America (1984). Ông qua đời vào năm 1989 sau khi chuẩn bị một bộ phim hợp tác Liên Xô đắt tiền hơn về cuộc bao vây thành Leningrad trong Thế chiến II.
Mặc dù họ không làm việc cùng nhau cho đến năm 1964, nhưng khi còn nhỏ, Leone và nhà soạn nhạc Ennio Morricone là bạn cùng lớp.
Nhạc sĩ Ennio Morricone đã nói rằng Leone đã yêu cầu ông viết nhạc cho bộ phim trước khi bắt đầu quay chính - ngược lại với phương pháp thông thường. Sau đó, ông sẽ phát nhạc cho diễn viên nghe trong quá trình quay để nâng cao hiệu suất diễn xuất của họ.
Ngoài việc nói "Tạm biệt", Sergio Leone không bao giờ nói tiếng Anh và luôn phụ thuộc vào một người phiên dịch khi nói chuyện với diễn viên Mỹ. Theo cuộc phỏng vấn với Eli Wallach, ông nói chuyện với Sergio bằng tiếng Pháp bằng cách phá vỡ và phát hiện ra rằng Sergio thông thạo trong ngôn ngữ này. Đây là cách ông truyền đạt với Sergio Leone khi quay phim Bầy sói, Gã xấu và Gã lươn (1966) ("The Good, the Bad and the Ugly").
Bị đơn kiện bởi đạo diễn người Nhật Bản Akira Kurosawa vì việc làm lại bộ phim Yojimbo (1961) của ông dưới tên gọi "A Fistful of Dollars" (A Fistful of Dollars (1964)) mà không ghi công, và vi phạm bản quyền. Ban sản xuất A Fistful of Dollars (1964) đã xin lỗi, bồi thường cho Kurosawa số tiền 100.000 đô la và 15% doanh thu phòng vé.
Diễn viên yêu thích của anh ấy từ thuở nhỏ là Henry Fonda, người đã được mời đóng vai trong mỗi bộ phim Western đầu tay của Leone. Sau khi Fonda cuối cùng làm việc với ông trong Once Upon a Time in the West (1968), anh ấy đã trả lời lại lời khen đó, sau đó cho biết rằng bộ phim đó là vai diễn yêu thích của anh ấy.
Về Henry Fonda, tôi chưa từng biết đến một diễn viên có tài năng như anh ấy, với sự nghiêm túc chuyên nghiệp đến mức đáng nể; một người đàn ông dễ thương, tràn đầy humor, rất kín đáo và sắc sảo.
[trên Lee Van Cleef] Cái ánh nhìn của anh ta tạo nên những lỗ trên màn hình.
Trong tuổi thơ của tôi, Mỹ giống như một tôn giáo. Sau đó, những người Mỹ thực sự đã đột ngột xuất hiện trong cuộc sống của tôi - trên những chiếc jeep - và làm rối loạn tất cả những giấc mơ của tôi. Tôi thấy họ rất năng động, nhưng cũng rất mánh khóe. Họ không còn là người Mỹ phương Tây nữa. Họ chỉ là những người lính như bất kỳ ai khác... duy vật, tham lam, ham muốn sở hữu và đam mê các vật chất đời thường.
Với vai trò diễn viên, Clint Eastwood có hai biểu cảm: có mũ và không có mũ.
[trên Orson Welles] Ông ta là một người khó tính. Ông ta hay nổi nóng. Ông ta thường phá hoại điện thoại. Ông ta cũng uống rượu. Nhưng ông ta cũng có thể nhạy cảm. [...] Dù sao đi nữa, tôi thấy ông ta hấp dẫn. Tôi rất ngưỡng mộ tài đạo diễn của ông.
