Før Leos død snakket mange allerede om hans hellighet, og legenden forteller at han skal ha slukket en brann ved å gjøre korstegn, en scene som langt senere ble malt av Rafael. Han døde 17. juli 855, og ble gravlagt i Peterskirken. Kort tid etter hans død ble han regnet som helgen, og det fortelles om flere mirakler som skal ha skjedd ved hans grav.