Lahir di Sparta pada sekitar tahun 545 SM, Leotychidas adalah keturunan wangsa kerajaan Eurypontid (melalui Menamus, Agesilaus, Hippocratides, Leotychides, Anaxilaus, Archidamos, Anaxandridas I dan Theopompos) dan mulai berkuasa pada tahun 491 SM dengan bantuan Agiad Raja Kleomenes I dengan menantang keabsahan kelahiran Demaratus atas takhta Eurypontid di Sparta. Kemudian pada tahun itu, ia bergabung dengan ekspedisi kedua Kleomenes ke Aegina, di mana sepuluh sandera ditangkap dan diberikan ke Athena. Namun setelah kematian Kleomenes pada tahun 488 SM, Leotychidas hampir menyerah ke Aegina. Pada musim semi tahun 479 SM, Leotychidas memimpin sebuah armada Yunani yang terdiri dari 110 kapal di Aegina dan kemudian di Pulau Delos, mendukung pemberontakan Yunani di Khios dan Samos melawan Persia. Leotychidas mengalahkan pasukan militer dan angkatan laut saat Pertempuran Mykale di pesisir Anatolia pada musim panas tahun 479 SM (mungkin sekitar pertengahan Agustus). Pada tahun 476 SM, Leotychidas memimpin sebuah ekspedisi ke Thessalia melawan wangsa Aleuadae untuk berkolaborasi dengan Persia namun mengundurkan diri setelah disogok oleh wangsa tersebut. Setelah kembali ke Sparta ia diadili karena suap, dan melarikan diri ke kuil Athena Alea di Tegeia. Ia dijatuhi hukuman di buang ke pengasingan, rumahnya dibakar dan cucunya Archidamus II, putra dari putranya Zeuxidamus, yang disebut Cyniscus oleh orang Sparta, yang telah meninggal ketika ayahandanya masih hidup, menjadi penguasa Sparta. Leotychidas meninggal beberapa tahun kemudian, pada sekitar tahun 469 SM.