Né le 3 janvier 1929 à Rome, fils du réalisateur du muet Vincenzo Leone et de l'actrice Bice Waleran, Sergio Leone grandit sur les plateaux de tournage et débute très jeune comme assistant réalisateur sur de grandes productions internationales tournées à Rome, dont Quo Vadis et Ben-Hur. Il fait ses débuts derrière la caméra en 1961 avec Le Colosse de Rhodes, avant de révolutionner le western avec Pour une poignée de dollars en 1964, adaptation officieuse d'un film de Kurosawa qui lance la carrière de Clint Eastwood et invente le genre du western spaghetti. Il enchaîne avec Et pour quelques dollars de plus puis Le Bon, la Brute et le Truand, qui forment avec le premier une trilogie devenue culte. Il poursuit avec Il était une fois dans l'Ouest en 1968, fresque funéraire sur la fin de la conquête de l'Ouest, puis avec Il était une fois la révolution. Il consacre la dernière décennie de sa vie à un projet monumental, Il était une fois en Amérique, fresque sur la pègre juive new-yorkaise sortie en 1984, avant de mourir prématurément le 30 avril 1989 à Rome, alors qu'il préparait un film sur le siège de Léningrad.
Sa jeunesse passée sur les plateaux de cinéma aux côtés de son père, cinéaste du muet italien, lui transmet très tôt le goût du grand spectacle et de la mise en scène monumentale. Le cinéma américain classique, en particulier les westerns de John Ford, constitue une référence constante qu'il détourne et réinvente avec une distance ironique toute européenne. Son travail d'assistant sur des superproductions comme Ben-Hur lui enseigne la gestion des grandes équipes et des décors spectaculaires, qu'il transposera plus tard à plus petite échelle mais avec le même sens du grandiose.
Leone invente une grammaire visuelle immédiatement reconnaissable, fondée sur l'alternance de très gros plans sur les visages et de plans larges écrasants, qui dilate le temps du duel jusqu'à l'insoutenable. Il travaille le silence et la lenteur comme de véritables outils dramatiques, laissant la tension monter avant l'explosion de violence, toujours accompagnée par la musique d'Ennio Morricone composée en amont du tournage. Son cinéma mêle un classicisme grandiose hérité du cinéma hollywoodien à une ironie mordante sur les mythes fondateurs américains, qu'il observe avec le regard d'un Européen fasciné et distancié.
Sergio Leone n'a jamais reçu de récompense majeure de son vivant dans les grandes cérémonies internationales, la critique américaine méprisant longtemps le genre du western spaghetti qu'il a pourtant inventé. Sa reconnaissance est venue a posteriori : ses films, en particulier Il était une fois dans l'Ouest et Le Bon, la Brute et le Truand, sont aujourd'hui unanimement considérés comme des chefs-d'œuvre du cinéma mondial et figurent régulièrement dans les classements des plus grands films de l'histoire.
Ennio Morricone, compositeur de la quasi-totalité de ses films, façonne une identité musicale indissociable de son cinéma, des sifflements de la trilogie du dollar aux thèmes funèbres d'Il était une fois dans l'Ouest. Clint Eastwood, révélé par Pour une poignée de dollars, devient une star internationale grâce à leur collaboration sur la trilogie du dollar. Le directeur de la photographie Tonino Delli Colli l'accompagne sur plusieurs de ses films les plus emblématiques, notamment Il était une fois dans l'Ouest et Il était une fois en Amérique.
La fin d'un monde et la disparition d'un ordre ancien face à la modernité, incarnée par l'arrivée du chemin de fer ou l'industrialisation, hantent la majeure partie de sa filmographie, d'Il était une fois dans l'Ouest à Il était une fois en Amérique. La vengeance et la mémoire du passé, souvent portées par des personnages solitaires et taiseux, structurent également son œuvre. Le mythe américain lui-même, qu'il déconstruit et réinvente avec un regard européen empreint de nostalgie et d'ironie, constitue enfin le fil conducteur de l'ensemble de son cinéma.