他还擅长雕刻、音乐、发明、建筑，通晓数学、生理、物理、天文、地质等学科知识，既多才多艺，又勤奋多产，保存下来的手稿大约有6000页。

他对机械世界痴迷不已，贡献颇丰。水下呼吸装置、拉动装置、发条传动装置、滚珠装置、反向螺旋、差动螺旋、风速计和陀螺仪等发明创造，对近现代机械系统设计理念的形成与发展产生了很大影响。其在实践中的实验工作方法、认知方法为后来哥白尼、伽利略、开普勒、牛顿、爱因斯坦等人的发明创造奠定了坚实基础。他设计了一套做心脏修复手术的方法。为了认识人类自身，达·芬奇亲自解剖了几十具尸体，对人体骨骼、肌肉、关节以及内脏器官进行精确了解和绘制。2005年，一名英国外科医生还利用达·芬奇设计的方法做了心脏修复手术。不过，解剖学的研究在当时并没有给达·芬奇带来声誉，而是遭到了无数的诽谤。因为有了对人体的这种深入了解，达·芬奇才在手稿中绘制了西方文明世界的第一款人形机器人，达·芬奇赋予这个机器人木头、皮革和金属的外壳，而如何让机器人动起来，才是让达·芬奇大伤脑筋的。他用下部的齿轮作为驱动装置，通过两个机械杆的齿轮与胸部的一个圆盘齿轮咬合，使机器人可以挥舞胳膊，可以坐或者站立；再通过一个传动杆与头部相连，使头部可以转动甚至开合下颌。而一旦配备了自动鼓装置后，这个机器人甚至还可以发出声音。这是500多年前机器人的雏形。

达·芬奇对当时的四轮马车不满意。在他的科学世界中，早就有了机动车的设想。事实上，点燃现代机动车发明灵感之火的正是这辆“达·芬奇机械车”。既然是机动车，就要考虑动力问题，达·芬奇在机动车中部安装了两根弹簧以解决这个问题。通过人力转动车的后轮，可以使得各个齿轮相互咬合，弹簧绷紧就产生了力，再通过杠杆作用将力传递到轮子上。达·芬奇在车身上安装了一个圆盘装置，圆盘表面设置了很多方形的木块，和每个轮子连接的铁杆的另一端与圆盘相接，用此装置来控制车速。圆盘上放置的木块数量越多，与铁杆之间的摩擦就会越大，阻力也越大，轮子的运转速度则越慢。齿轮之间有一个木块，拉动绳索将木块卡在齿轮之间，就可以刹车。因为仅靠弹簧储存的动力难以行驶很长的距离，因此，这辆汽车不能载人。同时，达·芬奇还将弹簧巧妙地运用在了钟表设计上。后来大型钟表采用的原理，就是出自达·芬奇的设想。只是在这个设想中，弹簧的弹力被物体的重力所代替，物体向下的重力通过众多齿轮咬合作用被均匀传递，钟表便得以保持匀速运动。

达·芬奇曾有过无数的发明设计，如飞行器、乐器、闹钟、自行车、照相机、温度计、烤肉机、纺织机、起重机、挖掘机等。现代学者称他为“文艺复兴时期最完美的代表”。