Родился 13 (25) января 1831 года в селе Кудинове Мещовского уезда Калужской губернии. Отец Николай Борисович (1784—1840?) происходил из калужской ветви дворянского рода Леонтьевых[1]; его дед Иван Петрович Леонтьев получил калужские имения благодаря браку с дочерью Ивана Петровича Толстого, президента Юстиц-коллегии. Мать Феодосия Петровна (1794—1871) была дочерью младшего единокровного брата и тёзки поэта Петра Матвеевича Карабанова.

Первоначальное образование младшему, седьмому по счёту ребёнку, дала мать. В 1841 году он поступил в Смоленскую гимназию, а в 1843 году — кадетом в Дворянский полк. Из полка Леонтьев был уволен по болезни в октябре 1844 года и в том же году зачислен в третий класс Калужской гимназии, которую он окончил в 1849 году с правом поступления в университет без экзаменов. Поступив в ярославский Демидовский лицей, в ноябре того же года перевёлся на медицинский факультет Московского университета.

В 1851 году написал своё первое произведение — комедию «Женитьба по любви». Для его оценки он решил обратиться к И. С. Тургеневу, жившему тогда в Москве. Тот дал положительный отзыв о пьесе, однако она не была опубликована, так как её не пропустила цензура.

В 1854 году, досрочно получив диплом, отправился добровольцем в качестве батальонного лекаря на Крымскую войну. Служил в Белевском егерском полку, затем — в Керчь-Еникальском и Феодосийском военных госпиталях. Уволившись 10 августа 1857 года с военной службы, возвратился в Москву.

В 1858—1860 годы занимал место домашнего врача в селах Спасском (у барона Д. Г. Розена) и Смирнове (у А. Х. Штевена) Арзамасского уезда Нижегородской губернии .

В конце 1860 года переехал в Санкт-Петербург и поселился у своего брата Владимира Николаевича.

В 1861 году возвратился в Крым, в Феодосию, где женился на Елизавете Павловне Политовой, дочери греческого торговца (впоследствии она страдала умопомешательством). Оставив жену в Крыму, приехал в Санкт-Петербург, где в это время выходил его первый большой роман «Подлипки». Второе большое произведение — роман «В своём краю» (1864). Порвал с модным тогда либерализмом и стал убеждённым консерватором.

В 1863 году поступил на службу в Министерство иностранных дел и 25 октября того же года назначен драгоманом русского консульства в Канеа (Ханья), на острове Крит. С жизнью на Крите связаны восточные рассказы Леонтьева («Очерки Крита», повесть «Хризо», «Хамид и Маноли»).

В августе 1864 года был назначен исполняющим обязанности консула в Адрианополе, где прослужил два с лишним года. После непродолжительного отпуска в Константинополе в 1867 году получил пост вице-консула в Тульче.

В 1870 году была опубликована его статья «Грамотность и народность», получившая одобрение посла в Константинополе Н. П. Игнатьева, слывшего славянофилом. В это же время работал над обширной серией романов «Река времён», которая охватывала русскую жизнь с 1811 по 1862 годы; большая часть рукописей была позднее уничтожена им.

Через год был назначен консулом в албанский город Янину, климат которого, однако, отрицательно сказался на его здоровье; был переведён на пост консула в Салоники. Его готовили к должности генерального консула в Богемии. Но в июле 1871 года он заболел болезнью, которую он принял за холеру. Когда смерть казалась ему неминуемой, он увидел икону Божией Матери, которую ему подарили афонские монахи; он дал обет Богородице, что в случае выздоровления он примет монашество. Спустя два часа он почувствовал облегчение.

Сразу после того, как болезнь отступила, он отправился верхом через горы на Афон, где оставался до августа 1872 года; намеревался исполнить своё обещание и стать монахом, но афонские старцы отговорили его от такого шага.

В 1872—1874 годах жил в Константинополе и на острове Халки; в этот период раскрыл себя как публицист («Панславизм и греки», «Панславизм на Афоне»). К этому же времени относится его работа «Византизм и славянство», а также роман «Одиссей Полихрониадес».

В 1874 году возвратился в родное Кудиново, которое нашёл в запустении. В августе совершил первую поездку в Оптину пустынь, где встретился со старцем Амвросием, к которому имел письмо от афонских монахов, и познакомился с иеромонахом Климентом (Зедергольмом).

В ноябре 1874 года поступил послушником в Николо-Угрешский монастырь под Москвой, но уже в мае 1875 года снова отправился в Кудиново.

В 1879 году принял предложение князя Н. Н. Голицына и приехал в Варшаву, где стал сотрудником газеты «Варшавский дневник». В газете опубликовал ряд статей, преимущественно на общественно-политические темы. Год спустя был вынужден оставить работу в издании, которое не смогло выбраться из финансовых трудностей.

В ноябре 1880 года поступил на службу в Московский цензурный комитет (предложение было получено от его друга Тертия Филиппова ещё в 1879 году); в должности цензора прослужил шесть лет.

В это время писал сравнительно мало (роман «Египетский голубь», статьи «О всемирной любви», «Страх Божией и любовь к человечеству»). В 1883 году Леонтьев познакомился с Владимиром Соловьёвым. В 1885—1886 годы появился сборник его статей «Восток, Россия и Славянство».

Осенью 1887 года переехал в Оптину пустынь, где снял у монастыря в аренду двухэтажный дом, — у самой монастырской стены. В начале 1890 года у него в гостях был Л. Н. Толстой, который провёл у него два с половиной часа, ушедших на споры о вере. В Оптиной К. Леонтьев пишет работы: «Записки отшельника», «Национальная политика как орудие всемирной революции», «Анализ, стиль и веяние» и др.

23 августа 1891 года в Предтечевом скиту Оптиной пустыни принял тайный постриг с именем Климент и переехал в Сергиев Посад.

Скончался от пневмонии 12 (24) ноября 1891 года; был похоронен в Гефсиманском скиту Троице-Сергиевой Лавры близ храма Черниговской Божией Матери (ныне — Черниговский скит).