Emil August Eduard Leonhardi wurde 1828 als einziger Sohn des Kaufmanns August Leonhardi in Freiberg geboren.
1840 zog die Familie nach Dresden, wo der Vater, August Leonhardi, an der Grundstraße eine »Chemische Fabrik« errichten ließ, dessen bekanntestes Produkt die Leonhardi-Tinten waren.
Entgegen den väterlichen Plänen studierte Eduard Leonhardi ab 1842 an der Königlich-Sächsischen Kunstakademie – unter anderem bei Ludwig Richter.
1849 begann er mit selbständiger künstlerischer Arbeit in Dresden und avancierte später zum erfolgreichen Landschaftsmaler.
Von 1853 bis 1859 lebte Leonhardi in Düsseldorf, wo er 1859 auch Apoline Schotel heiratete, die Tochter des Marinemalers Petrus Johannes Schotel.
1864 erwarb die Dresdner Galerie Leonhardis Gemälde »Deutscher Wald«. Im selben Jahr wurde er zum Ehrenmitglied der Königlich-Sächsischen Kunstakademie ernannt.
Nach dem Tod des Vaters 1865 übernahm Eduard Leonhardi die »Chemische Fabrik«, die er neben seiner Tätigkeit als Maler nutzbringend zu führen verstand. Sein finanzieller Spielraum erlaubte ihm nicht nur die Errichtung einer Villa auf dem Loschwitzer Rakenweg, sondern auch mäzenatisches und wohltätiges Engagement. So stiftete er der Gemeinde Loschwitz u.a. ein Armenhaus.
1879 erwarb Leonhardi die stillgelegte Hentschel-Mühle und ließ sie zum Atelierhaus umbauen.
1905 starb Eduard Leonhardi in Dresden-Loschwitz, wo er auf dem Friedhof am Künstlerhaus seine letzte Ruhestätte fand.