Formado em Teatro pelo Studio Beto Silveira, estreou na TV no programa “Os Caras de Pau”. Em seu começo de carreira, fez participações nos programas humorísticos “Zorra Total”, “Tá no Ar” e nas novelas “Sangue Bom” e “Malhação”, além do quadro “Câmera Kids”, do Fantástico. Esteve no elenco do seriado "Macho Man", de José Alvarenga. Participou de várias novelas como "A Regra do Jogo",  “Pega Pega", “Alto Astral", “Verão 90”, “Éramos Seis”, “Amor Sem Igual", entre outros.

Leandro D’Melo também atuou em comerciais de tv e séries, como “ A sogra que te pariu”, “Os outros”, e fez participações em longas metragens, como “Loucas para casar”, além de várias montagens teatrais. Recentemente, Leandro esteve no ar com o personagem Plíneo  em “Terra e paixão”.