Léopold Gottlieb naît en à Drohobycz en 1879, fils de Isaac Gottlieb et Fiega Tiergermann[1]. Ses parents, des commerçants juifs orthodoxes, encouragent leur fils à devenir artiste, espérant qu'il suivra le chemin de son frère aîné, Maurycy Gottlieb (1856-1879), peintre mort prématurément à l’âge de vingt-trois ans. Il est aussi le frère de Marcin Gottlieb (1867-1936)[2].
Entre 1896 et 1902 Leopold Gottlieb étudie la peinture aux Beaux-Arts de Cracovie avec Jacek Malczewski et Théodor Axentowicz. À la fin de son cursus, il décroche le premier prix de peinture ainsi qu'une bourse pour partir à l'étranger. En 1903, Gottlieb se rend à Munich pour continuer ses études chez A. Azbe et parallèlement gagne sa vie en exécutant des portraits. En 1905, à l’initiative du Groupe des Cinq qui n’aura qu’un an d’existence, il expose avec ses amis, notamment Witold Wojtkiewicz en Pologne et à l'étranger. Son premier séjour à Paris remonterait à 1899. En 1906, il part pendant un an enseigner la peinture à l'École des beaux-arts de Bezalel à Jérusalem, puis retourne à Paris. En 1914, il fréquente la bohème du quartier du Montparnasse, dont Moïse Kisling, Diego Rivera et Conrad Moricand[3].
Il meurt en son domicile de Montrouge en 1934[1] et est inhumé deux jours plus tard au cimetière parisien de Thiais[4].