San León IV recibió su formación religiosa en Roma, en el monasterio de San Martín. Gracias a su reconocida piedad, el papa Gregorio IV lo nombró subdiácono y, más tarde, el papa Sergio II lo creó cardenal presbítero de la iglesia de los Cuatro Santos Coronados.
En el año 847 fue consagrado papa, sucediendo a Sergio II. Un año antes, los sarracenos habían atacado Roma, por lo que la ciudad vivía momentos de gran tensión. León IV emprendió de inmediato la reconstrucción de las murallas para protegerla de futuros ataques y fue el primero en rodear con una muralla la colina del Vaticano. También mandó construir la iglesia de Santa María Nova.
En 853 convocó un sínodo en Roma, donde promulgó decretos sobre la disciplina eclesiástica y la formación del clero, además de condenar las acciones de Anastasio, cardenal de San Marcelo.
San León IV murió en el año 855 y fue sepultado en la basílica de San Pedro el 17 de julio.
