Однокурсница Дмитрия Медведева. По отзывам однокашников, опрошенных "Ведомостями", - "самая яркая девочка на курсе".

14 сентября 2012 года выступила в Госдуме перед голосованием по вопросу о лишении Геннадия Гудкова депутатского мандата. Сообщила, что по результатам проверки будет решаться вопрос о возбуждении уголовного дела против Гудкова.

Окончив в 1987 году юрфак ЛГУ, Леоненко работала следователем в милиции. В УВД Куйбышевского райисполкома Ленинграда занималась преступлениями несовершеннолетних. Через два года перешла в Главное следственное управление ГУВД Петербурга и Ленинградской области, где работала следователем в отделе, специализирующемся на расследовании особо тяжких преступлений общеуголовной направленности: бандитизм, преступные сообщества, серийные разбои, грабежи и кражи, незаконный оборот огнестрельного оружия. Участвовала в расследовании нескольких серьезных преступлений, в частности в поимке банды Аркадия Горощени, совершившей несколько дерзких ограблений складов, за что была отмечена госнаградами. Бывший начальник Леоненко Николай Цымбалов сказал "Коммерсанту", что она разработала уникальную методику сбора и закрепления доказательств связей между группами, входящими в состав преступных сообществ.

В 2008 году карьера Леоненко стремительно пошла в гору: она перешла на работу в Главное следственное управление Следственного комитета при прокуратуре. Cпустя год назначена заместителем руководителя ГСУ, а еще через год заняла пост зампреда всего СКР. Курирует работу следственных отделов Уральского федерального округа, временно проживает в Екатеринбурге.

По некоторым данным, 27 ноября 2009 года, незадолго до своего последнего назначения, Леоненко была среди пассажиров поезда "Невский экспресс", подорванного террористами.