Infanta de Castilla nació en Burgos ─por entonces capital de Castilla─, en 1241. Siendo reina de Inglaterra por su matrimonio con Eduardo I. Fue la segunda de los tres hijos nacidos del segundo matrimonio de Fernando III el Santo, unificador de los reinos de Castilla y de León, con Juana de Ponthieu.
Leonor y Eduardo eran primos segundos, al casarse el 1 de noviembre de 1254 en el Monasterio de Santa María la Real de las Huelgas, Burgos, ella tenía 12 años y él 15.
El matrimonio era el típico matrimonio de conveniencia política, producto de una alianza de paz entre Inglaterra y el reino de Castilla y de León, por la posesión de la Gascuña francesa. Pese a todo, entre los dos pronto surgió el amor. Se cree que de su matrimonio nacieron 15 o 16 hijos, aunque no se sabe con certeza. De ellos, solo sobrevivieron seis hasta la edad adulta, cinco mujeres y un varón. Este varón, sería proclamado rey como Eduardo II.
Fue Leonor una mujer notable, con una personalidad dinámica y contundente, cuyos intereses en las artes, la política y la religión fueron de gran influencia en su época. Bella, muy inteligente, culta y estudiosa, debido a la educación recibido en la entonces erudita corte castellana, fue mecenas de las universidades de Oxford y Cambridge. Como pionera del lujo doméstico, introdujo numerosos refinamientos en la corte inglesa, como los tenedores y las alfombras. A su llegada al palacio de Westminster, su esposo aconsejado por Sancho, hermano de Leonor, había decorado sus habitaciones al estilo castellano.
Leonor acompañó a su esposo en 1271 hacia la IX Cruzada. El 16 de junio de 1272, en Acre, Eduardofue apuñalado con una daga envenenada. La herida no resultó mortal, gracias, según una leyenda, a que Leonor succionó el veneno, salvando a su esposo, que permaneció enfermo varios meses, hasta que, mejorado, pudo partir de vuelta a Inglaterra el 22 de septiembre de 1272, donde su padre había fallecido y Eduardo ocupó su puesto. Eduardo y Leonor fueron coronados en la Abadía de Westminster, el 19 de agosto de 1274, siendo la primera coronación conjunta, y la primera en esta iglesia que había sido construida por su padre Enrique III. Para celebrarlo, por los grifos de agua de la calle Cheapside en Londres ─principal arteria en esa época─, corrían vino blanco y vino tinto. Esto se convirtió en algo común en otras coronaciones posteriores.
Leonor también acompañó, en 1280, a su esposo en la conquista del norte de Gales, donde Eduardo subyugó a los galeses. En medio de la conquista, Leonor dio a luz, el 25 April 1284, en el castillo de Carenaron al futuro heredero al trono. Siendo el primero de los herederos al trono, en llevar ese título, otorgado por Eduardo I como una oferta de paz con los galeses.
Leonor siguió acompañando a su esposo en todas las guerras, hasta el día de su muerte, cuando yendo a hacer la guerra a los escoceses, falleció en Harby, Lincolnshire, el 28 de noviembre de 1290. Eduardo I, destrozado organizó un cortejo para trasladar el cadáver de su esposa a la Abadía de Westminsteren Londres. En su camino, el cortejo fúnebre realizó doce paradas, levantándose una cruz, por orden del entristecido monarca: originalmente estaban hechas de madera y posteriormente se hicieron en piedra. Son las conocidas como Cruces de Leonor; aunque solo han sobrevivido tres. La última parada del cortejo, fue en la pequeña población de Charing, en el camino de la City a Westminster, donde la reina tenía sus amadas caballerizas reales.
El 17 de diciembre de 1290 fue enterrada en la abadía, siendo su tumba, considerada como una de las mejores tumbas medievales. La losa y la almohada están decoradas con emblemas de Castilla y León, y la inscripción reza: Aquí yace Eleanor, quien fue reina de Inglaterra, esposa del rey Eduardo, hijo del rey Enrique e hija del rey de España y la condesa de Ponthieu, en cuya alma Dios, en su misericordia, ten piedad. Amén.
El amor de Eduardo por Leonor tiene otro toque romántico, ya que éste ordenó que siempre hubiera dos velas encendidas en la tumba de su esposa en la Abadía de Westminster, así se hizo, sin interrupción, durante casi dos siglos y medio, hasta la Reforma del siglo XVI durante el reinado de Enrique VIII.