Leon Shamroy studeerde niet alleen aan de Cooper Union maar ook werktuigbouwkunde aan de Universiteit van Columbia, niet onmiddellijk iets wat deed vermoeden dat hij in de filmwereld zou terecht komen want hij was ook een tijd aan het werk als mechanisch ingenieur. En toch... in 1920 ging Shamroy aan de slag als laboratoriumtechnicus bij Fox. Zijn camerawerk op eerder experimentele films bleef niet onopgemerkt en zeven jaar later werd hij cameraman. Leon Shamroy was één van de eersten die een zoomlens gebruikte tijdens filmopnames. Hij werkte samen met Robert Flaherty aan een documentaire rond de Acoma-indianen terwijl hij met Paul Fejos aan The Last Moment werkte, een eerder experimentele maar daarom niet minder geslaagde film. Leon Shamroy was vooral bekend voor zijn ondergewaardeerde zwart/wit fotografie in de jaren '30 en zijn briljante kleurenopnames in de jaren '40.

In de jaren '30 werkte hij samen met Schulberg en Selznick, in 1938 was Leon Shamroy nadat hij zeven jaar voor Paramount had gewerkt uitgegroeid tot één van de grote namen bij 20th Century-Fox waar hij gedurende dertig jaar instond voor de kwaliteit bij de studio op vlak van productie. In de jaren '40 werkte hij regelmatig samen met Walter Lang en Henry King.

Zijn aanpak was in een aantal gevallen dan ook heel bijzonder. Het natuurlijke licht ging Shamroy soms heel bewust gaan veranderen, hij werkte met kleurenfilters en geleiachtige stoffen zodat gemoedstoestanden en emoties geaccentueerd werden. Leon Shamroy was ook de man die The Robe opnam en dat was dan weer de eerste film in CinemaScope. In de jaren '50 hielp hij heel wat regisseurs bij Fox in de overstap naar het filmen in dit voor die tijd nieuwe formaat.

Leon Shamroy was getrouwd met de actrice Mary Anderson.