Er studierte von 1849 bis 1853 Medizin am Friedrich-Wilhelm-Institut für das militärärztliche Bildungswesen in Berlin. Nach der Promotion 1853 wirkte L. an der Charité und an der Pépinière. 1864 habilitiert, war er seit 1865 als Professor außerhalb Berlins tätig. 1876 erhielt L. einen Ruf auf den Propädeutischen Lehrstuhl an der Friedrich-Wilhelms-Universität (heute Humboldt-Universität). Von 1885 bis 1907 Direktor der I. Medizinischen Klinik der Charité, Luisenstraße, befaßte er sich mit der Pathologie des Herzens, der Lunge, der Nieren und des Nervensystems sowie mit Diätetik und sozialhygienischen Fragen und erwarb sich besondere Verdienste bei der Tuberkulose- und Krebsbehandlung. 1903 gründete er das erste Krebsforschungsinstitut auf dem Gelände der Charité. L. wohnte in der Bendlerstraße (heute Stauffenbergstraße) 30 (Haus Leyden). Sein Ehrengrab befindet sich auf dem Friedrichswerderschen Kirchhof I (Kreuzberg). Eine bronzene Porträtbüste L.s steht vor der heutigen Klinik für Innere Medizin der Charité, Schumannstraße 2021. Die Leydenallee (Steglitz) trägt seinen Namen.