Nació el 6 de abril de 1917 en el pueblo de Chorley, en Lancashire, Inglaterra.
En el año 1936 ingresó en la academia Ozenfant de arte, en la ciudad de Londres. Al año siguiente conoció a quien la introdujo indirectamente en el movimiento surrealista: el pintor alemán Max Ernst, a quien volvió a encontrar en un viaje a París y con quien estableció una relación sentimental. Durante su estancia en esa ciudad entró en contacto con el movimiento surrealista y convivió con personajes del movimiento como Joan Miró y André Breton.
En 1938 escribió una obra de cuentos titulada La casa del miedo y participó junto con Max Ernst en la Exposición Internacional de Surrealismo en París y Ámsterdam. Previamente a la ocupación nazi de Francia, varios de los pintores del movimiento surrealista, incluida Leonora Carrington, se volvieron colaboradores activos del Kunstler Bund, movimiento subterráneo de intelectuales antifascistas. En 1941 escapó del hospital y arribó a la ciudad de Lisboa, donde encontró refugio en la embajada de México. Allí conoció al escritor Renato Leduc, quien la ayudó a emigrar.
Ese mismo año contrajo matrimonio y Leonora viajó a Nueva York. En 1942 emigró a México y en 1943 se divorció de Renato Leduc. En México, la pintora restableció lazos con varios de sus colegas y amigos surrealistas en el exilio, quienes también se encontraron en ese país, tales como André Breton, Benjamín Péret, Alice Rahon, Wolfgang Paalen y la pintora Remedios Varo, con quien mantuvo una amistad duradera.
Fue ganadora del Premio Nacional de Ciencias y Artes en el área de Bellas Artes, otorgado por el gobierno de México en el 2005. Falleció a los 94 años en la Ciudad de México el 25 de mayo del 2011.