Leona Cavalli fez sua estreia no teatro profissional aos 16 anos participando de uma montagem de “Valsa nº 6”. Após estudar teatro na PUC, em São Paulo, ela fez parte de outras montagens de peças clássicas como “Farsa de Inês Pereira” e “Auto da Barca do Inferno”. A atriz recebeu aclamação da crítica por sua performance no filme “Um Céu de Estrelas” em que interpretou a cabeleireira Dalva – que vive um relacionamento sombrio e violento com seu marido. Por seu trabalho, ela venceu o Prêmio APCA de Melhor Atriz em Cinema; o Candango de Melhor Atriz pelo Festival de Brasília; além de ter recebido sua primeira de quatro indicações ao Prêmio Guarani do ano.
Em 2000 passou a atriz interpretou Geni, na peça “Toda Nudez Será Castigada”, escrita por Nelson Rodrigues em 1965, pela qual venceu o Prêmio Shell de Melhor Atriz. Em 2002 foi elogiada por seu retrato de Blanche DuBois na peça “Um Bonde Chamado Desejo”, vencendo o Prêmio Qualidade Brasil de Melhor Atriz em peça de Drama.
Leona Cavalli marca à sua estreia na televisão em uma participação especial na série “Os Normais”, na TV Globo, em 2002. No mesmo ano, atuou no filme “Amarelo Manga”, dirigido por Claudio Assis. Por seu desempenho, recebeu novamente aclamação da crítica, vencendo o Prêmio Guarani de Melhor Atriz Coadjuvante e sendo indicada ao Grande Otelo de Melhor Atriz. Suas atuações nos filmes Carandiru (2003) e Contra Todos (2004) lhe renderam indicações da Academia Brasileira de Cinema, ao Grande Otelo de Melhor Atriz Coadjuvante é Melhor Atriz, respectivamente.
Em 2007 interpretou Justine, na minissérie “Amazônia, de Galvez a Chico Mendes”, seu primeiro papel de destaque na televisão, pelo qual venceu o Prêmio Qualidade Brasil de Melhor Atriz de Minissérie. Ela também se destacou como a prostituta Zarolha, da novela “Gabriela” (2012) e como a vilã Gláucia, de “Amor à Vida” (2013). Em 2019 interpretou Teresa, em “Órfãos da Terra”.
Com o ano de 2022 cheia de projetos, a atriz está ensaiando a peça “Fausto”, considerada uma das maiores obras da literatura alemã, em que dará vida ao demônio Mephisto. Com direção de Zé Celso Martinez (a peça marca o reencontro da atriz com o grande Zé), o espetáculo tem estreia dia 12 de agosto, no Sesc de SP.
Sem parar, a atriz está finalizando a filmagem de “A Cerca”, dirigido por Papinha, gravado no Sul com Jonas Bloch, José Loreto, Marcelo Novaes, Leandro Lima. Ainda este ano, a atriz tem mais um lançamento ao viver Iris Abravanel na série “O Rei da TV”, com estreia prevista para setembro, no canal Star+, Disney.
Em novembro, Leona estreia o espetáculo “O Elogio da Loucura”, solo, de Erasmo de Rotterdam e com direção Eduardo Figueiredo.
A atriz ainda participa da ONG Paz Sem Fronteiras distribuindo cestas básicas para moradores de rua, auxiliando comunidades indígenas, como a Aldeia Vertical Maracanã Rio, com caminhadas ecológicas, plantio de sementes ancestrais e árvores em extinção.