Léaud estreou-se como actor de cinema aos 15 anos, no papel de Antoine Doinel, um alter-ego do realizador francês François Truffaut, em Os Incompreendidos. Léaud protagonizou mais quatro filmes de Truffaut que mostravam a vida de Doinel, ao longo de um período de 20 anos - ao lado da atriz Claude Jade como a sua namorada e depois esposa. Estes filmes são: O Amor aos Vinte Anos (1962), Beijos Roubados (1968), Domicílio Conjugal (1970) e Amor em Fuga (1979).

Léaud também participou em filmes de outros realizadores influentes, como Jean-Luc Godard, Bernardo Bertolucci e Olivier Assayas.