Mnogo zapisa od Leonarda se odnosilo na građenje i planiranje najme katedrala. Njegove studije su počinjale ispitivanjem raznih građevinskih alata i pomoćnih sredstava za gradnju. Nadalje on je nastavio u oblasti koja do tada nije bila ispitivana u nosivosti stubova i podvlaka kao i svodova i lukova.

Eksperti su saglasni da je većina njegovih arhitektonskih studija bio teoriski rad. Njegovi radovi su suđeni kao „kako projektovati konstrukciju na dekoraciju fasade“ ili „kako dekorisati ravan napravljenu za proslave“. Na drugoj strani neki nacrti su interesantni u svojoj ambiciji da se predstave ogromne građevine, kružna stepeništa, ulice sa mnogostrukim saobraćajem za pešake i komercialni saobraćaj. Ni jedan od ovih planova nije ostvaren.

Kao svoj arhitektonski rad Leonardo je prezentirao model „idealnog grada“ za Ludovika Sforca. To je zahtevalo potpuno preuređenje grada Milana što se naravno nikada nije ostvarilo. Samo mali broj Leonardovih radova u arhitekturi je ugledalo svetlo dana. Verovatno je sarađivao i sa drugim arhitektama kao i Bramanteom 1492. godine kod pregradnje trga Viđevano i nekim profanim objektima. Znamo da je predložio projekat centralne kule Milanske katedrale i 10. maja 1490. godine iako je odbijen bio je predložen da radi novi koji nikada nije završio.

Godine 1502. on je stvorio crtež visećeg mosta sa dužinom od 720. stopa u jednom segmentu (240 m) kao deo građevinskog projekta za sultana Bajazita II iz Konstantinopolja. Most je trebao da bude izgrađen na ušću Bosfora poznatog kao Zlatni rog. Nikada nije bio izgrađen ali je njegova verzija obnovljena 2001. godine kada je na osnovu njegovog projekta postavljen manji most u Norveškoj.

Na sklonu svog života je radio na projektima dvora kraljeve majke u Romorantinu u Francuskoj i kao po običaju ni ovaj projekat se nije realizovao.