Nació en la ciudad de Poitiers, en el año 1122. Al morir su hermano Guillermo, se convirtió en la heredera de su padre. En 1137, Leonor toma posesión del inmenso ducado de Aquitania, que se extendía desde el Loira hasta los Pirineos y era mayor que los dominios directos del rey de Francia y contrae matrimonio (con 15 años de edad), con Luis VII de Francia, futuro Rey de Francia, un año mayor que ella. Ese mismo año ascendieron al trono francés. Ocho años más tarde, en 1145, nace su primera hija, María. Las tensiones entre la pareja empezaron muy pronto, cuando la reina apoya el matrimonio ilegítimo de su hermana Petronila con el conde Raúl I de Vermandois, mientras que el rey enviaba a su hermano Roberto a invadir Vermandois en castigo por la bigamía del conde. Además, su comportamiento emancipado y liberal fue duramente criticado por la curia eclesiástica y, al parecer, por su propia suegra, Adelaida de Saboya. Pero nada de esto le importaba al soberano francés, que estaba locamente enamorado de su esposa.
En 1147, la joven pareja marchó a la Segunda Cruzada movidos por la predicación de Bernardo de Claraval. El rey no permitió de buen grado que su esposa lo acompañara, pero Leonor, en su calidad de duquesa de Aquitania, y por tanto la mayor feudataria de Francia, insiste en partir como los demás señores feudales.
Durante su estancia en Antioquía, la relación de la reina con su tío Raimundo de Poitiers, príncipe de la ciudad, dio lugar a toda clase de murmuraciones, que provocaron el alejamiento entre el rey y la reina. Luis obliga a su mujer a volver con él a la fuerza, aunque parten separadamente. En su camino a Francia, se detienen en Roma, donde el Papa trata de reconciliar a la pareja real -el resultado de la gestión papal fue su segunda hija, Alix, futura condesa de Blois, nacida en 1151-. Pero la pareja estaba irremediablemente distanciada: el 21 de marzo de 1152 consiguieron la anulación de su boda, basándose en el parentesco entre ambos. El precio que puso Leonor a esta separación fue la conservación de sus dominios.
El 18 de mayo de 1152 Leonor contrajo matrimonio, en la Catedral de San Andrés de Burdeos, con el que pronto sería Enrique II de Inglaterra, uniendo sus vastos dominios en Francia a los que ya poseía el heredero al trono inglés (dueño de Anjou, Maine y Normandía, aparte de Reino de Inglaterra y Gales). De este modo se formaba el llamado Imperio Angevino, en el cual los reyes de Inglaterra, aun siendo vasallos del rey de Francia, controlaban un territorio ocho veces superior al dominado por Luis VII. De este matrimonio nacieron ocho hijos, cinco varones y tres mujeres. En su corte, establecida principalmente en Poitiers, tuvo gran auge la lírica caballeresca, siendo mecenas de numerosos trovadores.
La existencia de una amante de Enrique II provocó el enfrentamiento entre Leonor y el rey, y a partir de 1173 Leonor promovió la rebelión de tres hijos del rey contra su padre. Tras reprimir la rebelión, el rey encarceló a Leonor, primero en Chinon y luego en Salisbury, donde permaneció bajo arresto hasta la muerte del rey Enrique en 1189.
Recuperada la libertad, Leonor se convirtió en regente de los dominios angevinos durante las ausencias de su hijo Ricardo. Tras la vuelta de este rey de la Tercera Cruzada, Leonor y su hijo Juan. Leonor se retiró a la Abadía de Fontevrault. La muerte de Ricardo el 6 de abril de 1199 hizo que Leonor abandonara de nuevo su retiro hasta conseguir la coronación de otro hijo, Juan, relegando a su nieto, el duque Arturo I de Bretaña, al que prácticamente no conocía.
En 1200, y contando con casi 80 años, da muestras de una fortaleza impresionante cuando decide viajar hasta Castilla, cruzando los Pirineos, para escoger entre sus nietas, las infantas de Castilla -hijas de su hija Leonor y de Alfonso VIII de Castilla- a la que se convertiría en la esposa del hijo de Felipe II Augusto, el futuro Luis VIII. La escogida sería Blanca, una de las reinas de Francia más célebres, regente del reino en tres ocasiones y modelo de virtud y habilidad política.
Murió el 1 de abril de 1204 en la Abadía de Fontevrault, a los 82 años de edad, siendo sepultada allí mismo junto a su esposo Enrique y su hijo Ricardo.