Pochodził z zasymilowanej rodziny żydowskiego przemysłowca. Miał jedenaścioro rodzeństwa, jego najstarszym bratem był malarz Maurycy Gottlieb. Rodzice wspierali artystyczne aspiracje dzieci. W latach 1896–1902 Leopold Gottlieb studiował w Akademii Sztuk Pięknych w Krakowie, gdzie uczył się u Floriana Unierzyskiego, Jacka Malczewskiego i Teodora Axentowicza. Na studiach zaprzyjaźnił się między innymi z Xawerym Dunikowskim. W 1903 roku, po uzyskaniu stypendium, wyjechał do Monachium. Zaledwie rok później przeniósł się do Paryża. W latach 1906-1908 przebywał w Jerozolimie, gdzie prowadził katedrę malarstwa w Szkole Sztuk Pięknych i Rzemiosł Artystycznych Besaleel. W 1908 roku powrócił do stolicy Francji, gdzie obracał się w środowisku bohemy artystycznej – w tym Meli Muter, Julesa Pascina i Diego de Rivery. Podczas I wojny światowej walczył w Legionach Polskich. Zajmował się wtedy między innymi dokumentacją rysunkową wojskowego życia. Po zakończeniu wojny zamieszkał w Polsce. W latach 1917-1919 związany był z ugrupowaniem Formiści. Pod koniec lat dwudziestych został członkiem Stowarzyszenia Artystów Polskich „Rytm”.
Na wyróżnienie w jego twórczości zasługują przede wszystkim ekspresjonistyczne portrety inspirowane malarstwem Egona Schielego i Oskara Kokoschki. W swoich obrazach często podejmował tematykę religijną.