Née d’un père argentin et d’une mère italienne, Leonor reçoit une éducation cosmopolite au sein du milieu littéraire triestin. En 1925, décidée à peindre, elle gagne Milan, où l’approche des peintres de la Renaissance et du maniérisme, la rencontre avec Savinio, Carrà et autres réalistes magiques italiens la marquent. Lorsqu’elle rejoint Paris en 1931, son intérêt pour le surréalisme renforce encore son penchant vers le merveilleux et l’onirisme. Malgré ses amitiés au sein du groupe, c’est en solitaire qu’elle va explorer les visions imaginaires que lui dictent ses fantasmes : des femmes-sphinges, des éphèbes, des chimères peuplent des scènes où rituel sacré et érotisme se mêlent, dans une atmosphère tour à tour ténébreuse et incandescente, toujours énigmatique. La femme y impose une beauté souveraine et hiératique, quasi maléfique (L’Ange de l’anatomie, 1949) ; la nature n’est que prolifération végétale inquiétante, presque morbide (Sphinx Regina, 1946 ; La Grande Racine, 1948).

Son répertoire d’images froides et précises peut se définir globalement par un « réalisme irréel » (Cocteau), excepté la période « minérale » de la fin des années 1950, au cours de laquelle les visions de l’artiste se font floues et transparentes. Une première exposition à la galerie Bonjean à Paris (1937) et une deuxième, à la Julien Levy Gallery à New York (1939), ouvrent une suite de succès, jusqu’aux rétrospectives à Knokke-Le-Zoute (1965), à Ferrare (1983) et au Japon (1985-1986). Son imagination fantasque, sa prédilection pour la fête et le théâtre l’incitent, dès l’après-guerre, à répondre à de nombreuses commandes de décors et costumes pour la scène. Elle travaille, entre autres, pour l’Opéra Garnier à Paris et la Scala à Milan. Masques et déguisements pour les bals costumés consacrent son rôle d’égérie secrète et extravagante de fêtes somptueuses. La peintre illustre également de nombreux livres. Dans les années 1970-1980, l’isolement dans laquelle est tenue sa peinture la pousse de plus en plus à écrire, notamment des contes (Mourmour, conte pour enfants velus, 1976) et des ouvrages sur les chats (Miroir des chats, 1977).