Syn Piera z miasteczka Vinci. Bękart bez wykształcenia. „W 1452 narodził się mój wnuk, syn Piera, mego syna, 15 kwietnia, w sobotę, o godzinie 3 nad ranem. Dano mu na imię Lionardo. Ochrzcił go ksiądz Piero di Bartolomeo da Vinci” – napisał dziadek Leonarda Antonio da Vinci, na odwrocie XIV-wiecznej księgi notarialnej, obok zapisków o urodzinach i chrztach swoich czworga dzieci. Jeden z największych mistrzów włoskiego renesansu przyszedł na świat w Toskanii, w wiosce Anchiano, na skraju miasteczka Vinci – taka wersja do niedawna była powszechnie przyjęta. Jednak dom w Anchiano, tłumnie odwiedzany przez wielbicieli mistrza, być może wcale nie był miejscem jego narodzin. Wybitny badacz twórczości Leonarda – Martin Kemp z Uniwersytetu Oksfordzkiego – uważa, że malarz urodził się w rodzinnym domu ojca w Vinci, w miasteczku oddalonym ok. 30 km od Florencji. Rodzina ojca Leonarda od pokoleń miała w Vinci posiadłości. W tamtejszych aktach miejskich już na początku XIV w. wymieniany jest notariusz ser Michele da Vinci. Leonardo był nieślubnym potomkiem tej starej, szacownej rodziny, synem 24-letniego notariusza ser Piera da Vinci i chłopki o imieniu Caterina. Niewiele o niej wiadomo, być może pracowała w należącym do Vincich i sąsiadującym z ich domem gospodarstwie. W 2017 r. Martin Kemp uznał, że matką Leonarda była szesnastoletnia Caterina di Meo Lippi, uboga sierota, mieszkająca wraz z babką na podupadłej farmie na wzgórzach niedaleko Vinci. Po urodzeniu Leonarda, w 1453 r., została wydana za mąż za Antonia Butiego, zwanego przez miejscowych Acattabrigha (awanturnik), i para doczekała się kilkorga dzieci.
Natomiast ojciec Leonarda ożenił się z zamożną, pochodzącą z mieszczańskiej rodziny, Albierą Amadori jeszcze w roku narodzin swego pierworodnego syna.