Fue la segunda de los tres hijos nacidos del segundo matrimonio de Fernando III el Santo con Juana de Danmartín, condesa de Ponthieu.^[1]​^[2]​^[3]​

El 1 de noviembre de 1254, en el monasterio de Las Huelgas, en Burgos, se casó con el príncipe Eduardo de Inglaterra, futuro rey Eduardo I.^[4]​ La intención original de este matrimonio era sellar la paz entre Enrique III de Inglaterra —padre de Eduardo— y Alfonso X —medio hermano de Leonor—, por la posesión de Gascuña, en litigio desde que la hija de Enrique II, Leonor de Plantagenet y de Aquitania, la llevó en dote al casarse con Alfonso VIII en 1177. El rey inglés exigió el matrimonio entre Leonor y Eduardo como prueba de sincera voluntad de acabar con la guerra.

En 1270 acompañó a su marido a la Novena Cruzada.^[5]​^[a]​ Leonor y su marido Eduardo, se encontraban todavía en Tierra Santa, durante la Novena Cruzada, cuando, a la muerte de su padre Enrique III, el 16 de noviembre de 1272,^[6]​ fueron proclamados rey y reina de Inglaterra.^[1]​ Sin embargo, la coronación tuvo lugar cuando volvieron de las Cruzadas.^[1]​ En Tierra Santa, Leonor fue una compañera abnegada y leal, hasta tal punto que, según la leyenda, llegó a salvar la vida de su esposo succionando el veneno de una víbora que había mordido a Eduardo.^[6]​ Acompañó a su esposo no sólo en las Cruzadas sino también en la conquista de Gales, dando a luz al menor de sus quince hijos, Eduardo (futuro Eduardo II), en el castillo de Caernarfon, en el mismo centro de Gales.

De sus quince hijos, sólo seis llegaron a la edad adulta. La devoción entre ambos esposos debió ser mayor que la de ambos hacia sus hijos; que de hecho, fueron criados por sus abuelas, Leonor de Provenza y Juana de Danmartín. La muerte de su quinto hijo y segundo varón, Enrique de seis años, en 1274 en Guilford no fue ni siquiera dolorosa para sus padres, que no asistieron a sus funerales, pese al corto camino que había entre Londres y Guilford.

Leonor murió el 28 de noviembre de 1290 en Harby, Lincolnshire,^[b]​ a los 49 años de edad,^[7]​ y fue sepultada en la Abadía de Westminster.^[c]​

En su camino de Harby a Westminster, el entristecido monarca ordenó que en cada parada del real cortejo hasta su morada final, se erigiera una cruz conmemorativa, elevándose doce de estas cruces, de las que se conservan tres de ellas. Son las conocidas como Cruces de Leonor, de las que la más conocida es Charing Cross.^[7]​^[8]​

De su matrimonio con el rey Eduardo I de Inglaterra nacieron quince hijos:

• Una hija (n.y m. Burdeos, Francia, ca. 1255).
• Catalina (Francia, 17 de junio de 1264-Francia, 5 de septiembre de 1264).
• Juana (Abbeville, Ponthieu, Francia, enero de 1265-Francia, 7 de septiembre de 1265).
• Juan^[5]​ (Castillo de Windsor, 13 de julio de 1266-Castillo de Wallingford, 3 de agosto de 1271).
• Enrique^[5]​ (Castillo de Windsor, 6 de mayo de 1268-Castillo de Guildford, 14 de octubre de 1274).
• Leonor^[5]​ (Castillo de Windsor, 18 de junio de 1269-Gante, 29 de agosto de 1297), casada primero con Alfonso III de Aragón (en un matrimonio por poderes, nunca consumado por la muerte del novio antes de la boda), y luego con Enrique III, conde de Bar.
• una hija, ca. 1271-(Palestina, 5 de septiembre de 1271).
• Juana (Acre,^[6]​ Palestina, primavera de 1272-Clare, Suffolk, 7 de abril de 1307), casada primeramente con Gilbert de Clare, conde de Gloucester y Hertford. Al enviudar (1295), su padre pretendió casarla con Amadeo V de Saboya, pero ella se había casado en secreto (1297), con Ralph de Monthermer, sirviente de su primer esposo.
• Alfonso (Bayona, Gascuña, Francia, 24 de noviembre de 1273-Castillo de Windsor, 19 de agosto de 1284), conde de Chester.
• Margarita^[9]​ (Castillo de Windsor, 15 de marzo de 1275-Bruselas, Bélgica, marzo de 1333), casada con Juan II, duque de Brabante.
• Berenguela (Kempton, Middlesex, 1 de mayo de 1276-27 de junio de 1278).
• una hija (Palacio de Westminster, diciembre de 1277-Palacio de Westminster, enero de 1278).
• María (Palacio de Windsor, 11 de marzo de 1279-Abadía de Amesbury, Wiltshire, 29 de mayo de 1332), monja en 1291, abadesa de Amesbury.
• Isabel (Castillo de Rhuddlan, Caernafron, 7 de agosto de 1282-Quendon, Essex, 5 de mayo de 1316), casada primero con el conde Juan I de Holanda, y luego con Humphrey de Bohun, conde de Hereford y Essex.
• Eduardo II (Castillo de Caernarfon, 25 de abril de 1284-asesinado, Castillo de Berkeley, 21 de septiembre de 1327), sucesor de su padre en el trono.

• Jones, Dan (2014). The Plantagenets. The Warrior Kings and Queens Who Made England (en inglés). Nueva York: Penguin Books. ISBN 978-0-14-312-492-4. 

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