Według widoku Jacopa de’ Barbari z XVI wieku nowy kościół miał formę trzynawowej bazyliki w typowym stylu wenecko-bizantyńskim. Na początku XIV wieku wprowadzono pewne modyfikacje w stylu gotyckim, a następnie, w 1520 roku w stylu renesansowym. Autorem tych ostatnich był Pietro Lombardo. Świadectwem okresu renesansowego jest kaplica Gussoni (Cappella Gussoni). W XVII stuleciu dokonano następnej gruntownej modernizacji, której uwieńczeniem była w 1619 roku nowa konsekracja.
Obecny kościół Kolejną radykalną przebudowę kościoła rozpoczęto w 1783 roku. W jej efekcie całkowicie wyburzono znaczną część pierwotnej budowli przekształcając jej wnętrze w jedną, obszerną salę, z prezbiterium i dwiema kaplicami bocznymi, zachowaną do dziś. Z tego okresu pochodzą organy oraz panele namalowane nad wejściem do kościoła. W 1797 roku upadła Republika Wenecka. Na mocy dekretu napoleońskiego Królestwa Włoch z 5 czerwca 1805 roku (oraz kolejnych dekretów) zainicjowano w Wenecji proces kasat i przekształceń kościołów i klasztorów oraz zmian granic parafii. Kościół św. Leona przestał pełnić funkcję kościoła parafialnego, stając się kościołem filialnym parafii Santa Maria Formosa.