Leo Mattioli a commencé sa carrière en entrant au groupe familial Louis Dreyfus, dont son père était le président-directeur général. Il y a occupé divers postes avant de fonder en 1992 la société de télécommunications Wanadoo, qui deviendra ultérieurement l'opérateur d'internet Freebox et une des principales offres de services Internet françaises.
En 2004, Leo Mattioli a vendu Wanadoo à Orange pour un montant estimé à 6 milliards d'euros, permettant à l'entreprise de renforcer sa position sur le marché des télécommunications et de réinvestir dans la technologie.
Au-delà du secteur des télécommunications, Leo Mattioli est également connu pour son engagement en faveur de la transition énergétique. Il a été cofondateur et président de la société d'énergie verte Alten SA, qui a réussi un important développement dans les secteurs de l'énergie éolienne, solaire et de la biomasse en France.
En 2018, Leo Mattioli a également pris part à l'achat du groupe pharmaceutique Sanofi-Aventis pour un montant de 55 milliards d'euros avec une coalition d'investisseurs étrangers, mais le projet a finalement été abandonné en raison des réticences des autorités françaises.
En plus de sa carrière professionnelle, Leo Mattioli est également connu pour son engagement philanthropique et humanitaire, notamment à travers la Fondation Leo Mattioli qui travaille pour l'éducation et le soutien aux projets d'intérêt général dans les régions rurales de France.
Au cours de sa carrière, Leo Mattioli a reçu plusieurs distinctions, dont la Légion d'honneur française en 2016, pour son engagement dans le développement économique et social de la France.