Dopo l’Accademia di Belle Arti di Firenze frequentata nel 1914-1915 assieme a Osvaldo Licini nella sezione di scultura, Leonardo Castellani viene chiamato alle armi fino al marzo 1920, pubblicando in quello stesso anno il suo primo libro 2 quaderni, sorta di diario stampato nella tipografia forlivese dello zio.
Nel soggiorno romano degli anni ’20 segue le esperienze del gruppo futurista di Filippo Tommaso Marinetti, stringendo amicizia soprattutto con Giacomo Balla.
Partecipa alla III Biennale romana e alla Biennale Internazionale di Venezia, tiene la prima personale già nel 1927. Un anno dopo comincia a svolgere il lavoro di docente e, da autodidatta, a incidere: la prima acquaforte (Paesaggio) risale al 1928-29. Nel 1930 è chiamato ad Urbino a ricoprire la cattedra di calcografia presso la Scuola del Libro. La terrà per trentotto anni, producendo nella cittadina marchigiana la quasi totalità della sua opera incisa: oltre 1500 lastre secondo quanto riportato dalla moglie Edvige Castellani e Gualtiero De Santi nel volume di referenza L’illimite lirico, Teramo,1994.
Virtuoso del bulino, artista, poeta, Castellani si cimenta in molteplici iniziative. Pubblica nel 1946 in 160 esemplari il volume Pagine senza cornice e diventa promotore e curatore di Valbona (1957-1961), rivista dove testi e incisioni si integrano con rara eleganza.
Leonardo Sciascia scopre Leonardo Castellani non attraverso l’incisione ma grazie alle prose che questi pubblica su Il Mondo di Pannunzio. Seguono la corrispondenza prima e un sincero sodalizio poi: porteranno nel 1955 alla pubblicazione della plaquette di Castellani  Quaderni di un calcografo nella collana  I quaderni di Galleria , diretta da Sciascia. Valbona ospiterà poi due testi di Sciascia. Sul filo del doppio registro, letterario e incisorio, altre collaborazioni seguiranno tra i due.
Nell’arco di una vita, Castellani ha una feconda attività espositiva: sono 56 le mostre personali e 158 quelle collettive, con una significativa partecipazione, dal 1926 al 1956, a molte Biennali veneziane così come alle mostre promosse dalla Calcografia Nazionale di Roma. Tra le antologiche più importanti, quelle di Urbino, Faenza, Klagenfurt e Milano (Castello Sforzesco).