Интерес к изучению анатомии у Леонардо возник впервые отнюдь не с появлением в его жизни Маркантонио делла Торре. Как сообщает Кеннет Кларк, Леонардо стал заниматься анатомией наряду с другими работами уже с 1472 года, то есть задолго до того, как повстречался с Маркантонио. Впрочем, Леонардо был не только учеником и иллюстратором, но и сам являлся значительным анатомом XV столетия, несмотря на то, что Андре Везали, опубликовавший в 1543 году свое известное сочинение De humeni corporis fabrica, с полным правом получил славу основателя современной анатомии, ибо анатомические рисунки и рукописи Леонардо еще не были опубликованы. Они впервые были найдены в 1778 году в Кенсингтоне секретарем короля Георга III, после чего стали доступны науке и сегодня являются предметом гордости королевской библиотеки в Виндзоре. Впрочем, как сам Леонардо подчеркивал, он видел в анатомии всего лишь часть своего антропологического учения, в котором «начиная с рождения человека обрабатывается его организация и его телесные и духовные функции». Это дало ему также возможность осуществлять поиск правил идеальной пропорции, не ограничивая себя уже в ранние годы описанием внутренних органов с точки зрения их истинной природы. Его интересовали способы соединения нервов между головным мозгом и глазами, а также внутренность желудка, половые органы мужчины и женщины, сердце и большое количество кровеносных сосудов, гортань и бронхи.
«Дидактическая оригинальность» анатомических иллюстраций Леонардо занимает примерно 150 листов большого размера, дошедших до нас. В нем он представил последовательно различные части тела человека — от внутренних до наружных. Такая последовательность рисунков способствует формированию у зрителя пространственного впечатления, а также помогает узнать принадлежность определенных частей к различным системам. Зигфрид Эше говорит о Леонардо, как о создателе демонстрационных рисунков в науке, который опирался на «искусство рисования, владея тонкими средствами выражения настолько совершенно, что до него вряд ли кто мог подобное начертать пером». Это стало возможным только потому, что он в своей научной деятельности был максималистом, строившим ее на основе точных наблюдений в природе, и наконец-таки преодолел традицию галлов, авторитет которых, как упоминали об этом во времена Леонардо, мешал каждому самостоятельному исследованию. Он придавал серьезное значение науке своего времени, но говорил: «Кто только спорит и прибегает к авторитетам прошлого, тот использует не дух, а скорее свою память».
Леонардо был убежден в том, что еще не существовало точных описаний к достоверно выполненным рисункам. На его анатомических листах можно прочитать: «О, пишущий, какими словами ты сможешь наполнить столь совершенные конфигурации, которые зарисованы здесь?» Для него очень важно было постоянно сравнивать их с иллюстрациями, не имеющими описания. Вначале речь шла только о перерисовке различных анатомических репродукций старинных авторов, таких как Мондино де Люччи, натолкнувшего Леонардо во время его первого пребывания в Милане на мысль, что такие рисунки являются чем-то большим, чем стиль рисования, так как они, с того самого времени как появились, в действительности соответствуют органам человеческого тела и основываются на некоторых анатомических исследованиях. И он, как представитель искусства, решил дать наконец полноценные изображения, столь значимые для анатомов его времени. Его достижения состояли в особенности в том, как правильно подчеркивает Зигфрид Эше, что он в своей иллюстрационной технике последовательно применял «осмысленный принцип», который называл изображением, содержащим в себе максимальное упрощение сложного положения вещей. Кроме этого, Леонардо впервые стал придерживаться принципа: «Рисуй каждую часть тела с четырех сторон».