Léon Barsacq suit les cours de l'école des Arts décoratifs de Paris ainsi que des études d'architecture. De 1931 à 1938, il assiste les décorateurs Jean-Barthélémy Perrier, Andreï Andrejew, Robert Gys et André Barsacq.
A ses débuts, Léon Barsacq collabore à divers films, tels que Chansons de Paris (1934) de Jacques de Baroncelli, Touche-à-tout (1935) de Jean Dréville, Le Coupable (1936) de Raymond Bernard. Jean Renoir lui confie les décors de La Marseillaise. Léon Barsacq affine son style et séduit rapidement par ses créations d'atmosphères teintées d'une touche de fantaisie et par ses justes reconstitutions historiques dans Les Enfants du Paradis (1943) de Marcel Carné et surtout dans Les Mystères de Paris (1943) de Jacques de Baroncelli. Fidèle parmi les fidèles de René Clair, il crée les décors de tous ses films depuis Le Silence est d'or (1947) jusqu'aux Deux pigeons (1962). Créateur de génie sur des comédies, des drames ou des reconstitutions historiques, il signe l'atmosphère de nombreux films : Boule-de-suif (1945) de Christian-Jaque, L'Idiot (1946) de Georges Lampin, Pattes blanches (1948) de Jean Grémillon, Les Diaboliques (1954) d'Henri-Georges Clouzot, Till l'espiègle (1955) de Gérard Philipe.
Léon Barsacq écrit Le Décor de film publié en 1970.
Courts métrages 1946 | Jeux d'enfants | Jean Painlevé |
Longs métrages| 1954 | Bel Ami | Louis Daquin |
| 1963 | Besuch (Der) La Rancune | Bernhard Wicki |
| 1934 | Chansons de Paris | Jacques de Baroncelli |
| 1935 | Marmaille (La) | Dominique Bernard-Deschamps |
| 1935 | Touche-à-tout | Jean Dréville |
| 1936 | Coupable (Le) | Raymond Bernard |
| 1936 | Courrier sud | Pierre Billon |
| 1936 | Mister Flow | Robert Siodmak |
| 1936 | Trois... six... neuf | Raymond Rouleau |
| 1937 | Marseillaise (La) | Jean Renoir |
| 1937 | Yoshiwara | Max Ophuls |
| 1938 | Ange que j'ai vendu (L') | Michel Bernheim |
| 1938 | J'étais une aventurière | Raymond Bernard |
| 1939 | Battement de coeur | Henri Decoin |
| 1943 | Enfants du paradis (Les) | Marcel Carné |
| 1943 | Mystères de Paris (Les) | Jacques de Baroncelli |
| 1945 | Boule de Suif | Christian-Jaque |
| 1945 | Idiot (L') | Georges Lampin |
| 1946 | Chanteur inconnu (Le) | André Cayatte |
| 1946 | Silence est d'or (Le) | René Clair |
| 1947 | Dernières vacances (Les) | Roger Leenhardt |
| 1947 | Eternel conflit | Georges Lampin |
| 1947 | Printemps de la liberté (Le) | Jean Grémillon |
| 1948 | Pattes blanches | Jean Grémillon |
| 1949 | Beauté du diable (La) | René Clair |
| 1949 | Maya | Raymond Bernard |
| 1950 | Château de verre (Le) | René Clément |
| 1951 | Deux sous de violettes | Jean Anouilh |
| 1951 | Roma ore 11 11 heures sonnaient | Giuseppe De Santis |
| 1952 | Amants de Tolède (Les) | Henri Decoin, Fernando Palacios |
| 1952 | Belles de nuit (Les) | René Clair |
| 1952 | Dame aux camélias (La) | Raymond Bernard |
| 1952 | Violettes impériales | Richard Pottier |
| 1953 | Belle de Cadix (La) | Raymond Bernard |
| 1953 | Grand jeu (Le) | Robert Siodmak |
| 1953 | Leur dernière nuit | Georges Lacombe |
| 1954 | Bel Ami | Louis Daquin |
| 1954 | Diaboliques (Les) | Henri-Georges Clouzot |
| 1954 | Fruits de l'été (Les) | Raymond Bernard |
| 1955 | Ambassador's Daughter (The) La Fille de l'ambassadeur | Norman Krasna |
| 1955 | Grandes manoeuvres (Les) | René Clair |
| 1956 | Aventures de Till l'espiègle (Les) | Gérard Philipe |
| 1956 | Michel Strogoff | Carmine Gallone |
| 1956 | Porte des Lilas | René Clair |
| 1957 | Pot-Bouille | Julien Duvivier |
| 1958 | Train de 8 h 47 (Le) | Jack Pinoteau |
| 1959 | Arrivistes = La Rabouilleuse (Les) | Louis Daquin |
| 1959 | Chemin des écoliers (Le) | Michel Boisrond |
| 1959 | Recours en grâce | Lazslo Benedek |
| 1960 | Croix des vivants (La) | Yvan Govar |
| 1961 | Longest Day (The) Le Jour le plus long | Ken Annakin, Andrew Marton, Bernhard Wicki, [etc.] |
| 1961 | Tout l'or du monde | René Clair |
| 1962 | Quatre vérités : Le Corbeau et le renard (Les) | Hervé Bromberger |
| 1962 | Quatre vérités : Les Deux pigeons (Les) | René Clair |
| 1963 | Symphonie pour un massacre | Jacques Deray |
| 1965 | Trois chambres à Manhattan | Marcel Carné |
| 1966 | Soleil noir | Denys de La Patellière |
| 1967 | Diaboliquement vôtre | Julien Duvivier |
| 1967 | J'ai tué Raspoutine | Robert Hossein |
| 1968 | Phèdre | Pierre Jourdan |
| 1942 | Lumière d'été | Jean Grémillon |
| 1948 | Tous les chemins mènent à Rome | Jean Boyer |