Marcos Leonardo stroomde door vanuit de jeugd van Santos, waar hij op 23 oktober 2019 zijn eerste profcontract tekende. Hij debuteerde op 20 augustus 2020 in de Série A, tegen Sport Recife. Hij kwam dat jaar tot 22 wedstrijden, waaronder zijn eerste drie in de Copa Libertadores. Na eenzelfde seizoen in 2021 groeide Marcos Leonardo in 2022 uit tot basisspeler bij Santos. Dat jaar werd hij tevens clubtopscorer.
Marcos Leonardo speelde voor verschillende Braziliaanse nationale jeugdselecties. Hij kwam met Brazilië –20 uit op het WK –20 van 2023. Hierop scoorde hij vijf keer in vijf wedstrijden.