Leonardo da Vinci uważał, że im pełniejsza jest wiedza o świecie i przyrodzie, tym pełniejszą i lepszą będzie sztuka. Nauka i sztuka dążyły w jego pojęciu do jednego celu – poznania i odtworzenia rzeczywistości. Interesowała go przy tym nie tylko strona wizualna tej rzeczywistości, lecz ukryte przyczyny, prawidłowości i mechanizmy zjawisk. Jego artystycznej działalności nie sposób oddzielić od badawczej, od naukowego intelektualizmu.

Leonardo da Vinci opanował wszystkie ówcześnie istniejące dziedziny sztuki, ale jego sztuką ukochaną i wybraną było malarstwo. Uważał je za dyscyplinę najdoskonalszą, najtrudniejszą i o największych możliwościach poznawczych. Jego spuścizna malarska jest jednak szczupła - pozostawił niewiele obrazów, a i te, które istnieją, nie wszystkie mogą być bezspornie uznane za autentyczne. Jednak jego twórczość uzupełniają rysunki, których istnieje ponad tysiąc, rozsianych po różnych kolekcjach.

Poza 15 obrazami Leonarda da Vinci do dziś przetrwało 7000 stron jego notatników z rysunkami, szkicami naukowymi i zapiskami. Swoje notatki Leonardo da Vinci sporządzał pismem lustrzanym. Być może czynił tak, ponieważ chciał je zachować w tajemnicy, jednak jest bardziej prawdopodobne, iż spowodowane to było leworęcznością artysty – bowiem pisząc w ten sposób nie rozmazywał atramentu.

W malarstwie Leonardo da Vinci stosował technikę sfumato, którą zdefiniował następująco: „Staraj się obchodzić delikatnie z postaciami, zamiast koncentrować się na suchym nadawaniu im kształtu… Zwróć uwagę, jak światło i cień łączą się nie przez linię, lecz przez coś przypominającego chmurę dymu”. Obraz Leonarda da Vinci Mona Liza czyli La Gioconda jest nie tylko najbardziej znanym przykładem zastosowania techniki sfumato, lecz również najlepiej rozpoznawanym portretem na świecie. W Polsce dobrze znany jest także obraz Dama z gronostajem (Dama z łasiczką), ponieważ jest jedyną pracą artysty, która znajduje się w polskich zbiorach (Muzeum Czartoryskich w Krakowie).

Zarówno w swoich obrazach, jak i w Traktacie o malarstwie Leonardo da Vinci rozwinął zasady perspektywy powietrznej, którą określał jako „wielką odległość pomiędzy okiem a górami, przez co wydają się one niebieskie, prawie w kolorze powietrza; pola także stają się tym bardziej niebieskie, im dalej są od naszych oczu”.

Ze wszystkich artystów renesansu włoskiego Leonardo da Vinci był najbardziej uwrażliwiony na uroki przyrody, wolnego krajobrazu, na ukształtowanie terenu, szatę roślinną i faunę. Bardzo wiele jego rysunków to studia zwierząt, drzew, kwiatów, łańcuchów górskich – szczególne zaś miejsce zajmowały w nich studia związane z żywiołem wody. Leonardo da Vinci wytykał artystom włoskim powierzchowność w przedstawianiu pejzażu - sam chętniej umieszczał swe postaci w otoczeniu przyrody, niż wśród regularnych linii budynków.

Mona Liza ukazana jest na tle pejzażu dalekich, zamglonych gór i wijących się strumieni, pejzażu osobliwego, jakby księżycowego, którego obcość i daleki dystans jest zapewne rozmyślnie dobranym akompaniamentem do owego wieloznacznego, ironicznego uśmiechu, błąkającego się po całej twarzy modelki.

Najbardziej klasyczno-renesansowym i najbardziej „włoskim” dziełem Leonarda da Vinci była Ostatnia Wieczerza. Używamy tu czasu przeszłego, gdyż dzieło to uległo tak dużym zniszczeniom i tylekrotnie było restaurowane, że z jego oryginału pozostała zaledwie kompozycja oraz schemat perspektywiczny. Z autentycznego dotknięcia pędzla Leonarda - z świateł, cieni, kolorów, fizjonomii postaci nie pozostało nic w stanie pierwotnym.

Głód poznawczy Leonarda da Vinci, jego badania naukowe i wynalazki techniczne (nigdy nie zrealizowane) nie znajdowały zrozumienia u współczesnych i nie budziły w nich specjalnej ciekawości – raczej zdumienie i pewną nieufność. Podziwiano jednak jego mądrość, ale wielbiono w nim przede wszystkim artystę i uważano, że za mało czasu poświęcał swej sztuce.