ALESSANDRO nasce a Firenze il 2 giugno 1535 da Ottaviano, che apparteneva a un ramo collaterale della famiglia MEDICI e da Francesca Salviati; nipote di papa Leone X. Fu ambasciatore mediceo a Roma dal 1569 al 1583, incarico che svolse con soddisfazione sia dei granduchi che dei papi. Nel marzo 1573 è nominato vescovo di Pistoia e dieci mesi dopo arcivescovo di Firenze; nel 1583 è elevato al cardinalato. Nel 1596 (fino al 1598) fu inviato da Clemente VIII come Legato pontificio presso il re di Francia Enrico IV, il quale, però, non riuscì a mantenere le promesse fatte, soprattutto quella di ripristinare l'unità religiosa in Francia. 
Partecipò attivamente all'emanazione dell'Editto di Nantes e alla Pace di Vervins (1598), durante le quali svolse abile opera di mediazione. Nel 1600 fu nominato arcivescovo di Albano e, nel 1602, di Palestrina.

Il 3 marzo 1605 moriva Clemente VIII. Il conclave che si aprì fu abbastanza contrastato poichè dominato da due opposti partiti, quello spagnolo e quello francese. Molti cardinali - alcuni affermano sotto influsso 'gesuitico' - si orientarono verso l'oratoriano cardinale Baronio, succeduto nel 1593 a san Filippo Neri e autore dei monumentali volumi degli Annali Ecclesiastici, che sembrava il più adatto perchè aveva difeso più volte i diritti della Santa Sede; altre preferenze furono espresse per il gesuita cardinale Bellarmino e per il cardinale Borromeo, cugino di san Carlo Borromeo morto nel 1584. Ma la vinse il partito francese che fece eleggere il 1° aprile 1605 il settantenne cardinale Alessandro de' Medici che assunse il nome di LEONE XI, in memoria del suo parente; il 10 aprile fu insediato e, purtroppo, nello stesso giorno si ammalò gravemente.

Fervido sostenitore della Controriforma cercò di attuare i decreti tridentini, avviò il restauro di numerose chiese romane e della Villa Medici sul Pincio, da lui acquistata. Discepolo, amico e ammiratore di san Filippo Neri, fin dalla giovinezza si mantenne in stretti rapporti con i Domenicani di san Marco; appena venti giorni dopo la sua elezione risolse una disputa tra il clero di Castiglia e i Gesuiti, obbligando questi ultimi a dare una quota delle loro rendite. Richiamò a Roma il cardinale Bellarmino. Si mostrò deciso avversario del nepotismo, a tal punto da esonerare il suo confessore per avergli proposto di creare cardinale il meritevole nipote Ottaviano de' Medici e per questo il popolo si aspettava da lui un periodo di vita felice ma dovette piangerlo ben presto. Leone infatti morì il 27 aprile 1605, dopo soli 26 giorni di pontificato, uno dei più brevi della storia.