Ihre Beachvolleyballkarriere startete Leila 2001. 2002 spielte sie mit Sandra Pires mehrere Turniere der FIVB World Tour. 2003 hieß die Partnerin Mônica Rodrigues und von 2004 bis 2007 bildeten Ana Paula Connelly und Leila Barros ein Team. Die beiden errangen bei der Weltmeisterschaft 2005 in Berlin den neunten Platz. Im nächsten Jahr gewannen die beiden Brasilianerinnen das FIVB-Turnier in Montreal, erreichten das Finale bei den Victoria Women's Open in ihrem Heimatland und belegten dritte Plätze in Stavanger, Marseille und Paris. Nach diesen Erfolgen wurde Leila als Most Improved Player des Jahres 2006 ausgezeichnet. Nach einigen Top-Ten-Platzierungen 2007 mit Ana Paula beendete Leila Barros ihre Karriere 2008 mit ihrer ersten Partnerin Sandra Pires. Die beiden erreichten im letzten Turnier des Jahres in ihrem Heimatland mit dem 17. Rang noch einmal eine Hauptfeldplatzierung.