Леонардо стал подмастерьем у Андреа дель Верроккьо, одного из самых знаменитых в Италии художников. Несмотря на то, что этого мастера превзошел его ученик, следует признать, что он был человеком большого и чрезвычайно многогранного таланта: превосходный скульптор и бронзолитейщик, опытный ювелир, рисовальщик костюмов и флагов, устроитель празднеств. Заказы на все эти виды работ приходили в большую мастерскую Верроккьо во времена ученичества Леонардо. Заказывали бюсты и портреты флорентийцев; картины «Благовещение», «Крещение Христа», множество «Мадонн»; резные саркофаги для Медичи; бронзовые статуи «Давид», «Фома Неверующий», «Мальчик с дельфином», который и сегодня украшает Флоренцию; величественную конную статую Коллеони в Венеции. В мастерской также отлили огромный медный шар и крест и подняли на купол Флорентийского собора. Здесь готовились пышные придворные торжества в честь визита во Флоренцию Галеаццо Мария Сфорца, герцога Миланского. Верроккьо, по словам Вазари, «никогда не сидел без работы. Он всегда трудился либо над какой-либо статуей, либо над живописным полотном; он быстро переходил от одной работы к другой, только бы не терять формы».
Отношения между Леонардо и Верроккьо были, по-видимому, сердечными, хотя Леонардо никогда не упоминал о своем учителе в записных книжках. Он жил в доме Верроккьо и продолжал там жить уже после того, как был принят в гильдию Святого Луки в 1472 году в возрасте двадцати лет. Когда Леонардо был подмастерьем, то, следуя обычному порядку, занимался растиранием красок и другой черной работой. Постепенно, по мере накопления опыта и совершенствования мастерства, ему стали доверять простейшую часть работы, на которую Верроккьо получал заказы. Основам мастерства он учился непосредственно у Верроккьо, однако в мастерской работали старшие и более опытные ученики и подмастерья, например известный Пьетро Перуджино, который был на шесть лет старше Леонардо и у которого тот наверняка перенял множество приемов. В свою очередь, Леонардо помогал младшим ученикам, таким, как Лоренцо ди Креди, стиль которого так похож на стиль Леонардо, что для различения их работ иногда требуется помощь эксперта.
Недалеко от мастерской Верроккьо находилась соперничающая с ним мастерская Антонио дель Поллайоло. По гравюре Поллайоло «Битва обнаженных» можно сделать вывод, что он был одним из первых художников Возрождения, которые занимались в анатомическом театре, чтобы изучить мускульную систему человека. По всей вероятности, Леонардо часто бывал в мастерской Поллайоло и перенимал его опыт. Он также наверняка имел возможность разговаривать с такими людьми, как Боттичелли и Алессо Бальдовинетти, которые часто прогуливались по городу и на каждом углу затевали оживленные диспуты по вопросам искусства.
Леонардо был