Erste Erfahrungen bei internationalen Meisterschaften sammelte Leonardo Santos im Jahr 2021, als er bei den U20-Südamerikameisterschaften in Lima in 1:48,78 min die Goldmedaille im 800-Meter-Lauf gewann und auch mit der brasilianischen 4-mal-400-Meter-Staffel in 3:13,21 min die Goldmedaille gewann. Anschließend schied er bei den U20-Weltmeisterschaften in Nairobi mit 1:48,78 min im Halbfinale über 800 Meter aus, ehe er bei den U23-Südamerikameisterschaften in Guayaquil in 1:48,31 min die Silbermedaille hinter seinem Landsmann Eduardo Ribeiro gewann. Auch bei den erstmals ausgetragenen Panamerikanischen Juniorenspielen in Cali gewann er in 1:50,14 min die Silbermedaille hinter dem Venezolaner Ryan López. Im Jahr darauf gewann er bei den U23-Südamerikameisterschaften in Cascavel in 1:48,71 min die Silbermedaille hinter seinem Landsmann Eduardo Ribeiro und 2024 siegte er bei den U23-Südamerikameisterschaften in Bucaramanga mit neuem Meisterschaftsrekord von 3:43,55 min im 1500-Meter-Lauf. Zudem gewann er in 1:47,76 min auch über 800 Meter die Goldmedaille und siegte mit der Staffel in 3:07,14 min.
2024 wurde Santos brasilianischer Meister im 800-Meter-Lauf.
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