Герой Советского Союза.
Командир эскадрильи 85-го гвардейского истребительного авиационного полка 6-й гвардейской истребительной авиационной дивизии 8-й воздушной армии Южного фронта, гвардии капитан.
Родился 11 сентября 1915 года в селе Львове Волоколамского района Московской области в крестьянской семье. Русский. Член ВКП(б)/КПСС с 1943 года. Окончил семь классов неполной средней школы. Работал на производстве.
В 1938 году призван в ряды Красной Армии. В том же году окончил школу младших авиационных специалистов, а в 1939 году – Одесскую военную авиационную школу лётчиков. Служил младшим лётчиком в Киевском Особом военном округе. В боях Великой Отечественной войны с июня 1941 года. Воевал на Южном фронте.
К сентябрю 1943 года командир эскадрильи 85-го гвардейского истребительного авиационного полка гвардии капитан И.Д. Леонов совершил 267 боевых вылетов, в воздушных боях лично сбил пять и в составе группы четыре самолёта противника. Особенно отличился в боях при освобождении города Мелитополя.
Указом Президиума Верховного Совета СССР от 1 ноября 1943 года за образцовое выполнение боевых заданий командования на фронте борьбы с немецко-фашистскими захватчиками и проявленные при этом мужество и героизм гвардии капитану Ивану Дмитриевичу Леонову присвоено звание Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали "Золотая Звезда" (№ 1274).
Но не суждено было отважному лётчику встретить долгожданный День Победы. 30 мая 1944 года гвардии майор Иван Дмитриевич Леонов погиб в воздушном бою. Похоронен в Киеве в Парке Вечной Славы.
Награжден орденом Ленина, двумя орденами Красного Знамени, орденом Отечественной войны 1-й степени, орденом Красной Звезды.