Der Bahnhof Leipzig-Leutzsch (Kurzbezeichnung der Deutschen Bahn LLEL) befindet sich im Westen von Leipzig im Stadtteil Leutzsch. Er lag am Kilometer 6,693 der Thüringer Eisenbahn (zwischen dem Haltepunkt Leipzig-Möckern im Osten [3 Bahnkilometer entfernt] und dem Haltepunkt Leipzig-Rückmarsdorf im Westen [2 Bahnkilometer entfernt]) und ist 7 Bahnkilometer und 10 Fahrminuten vom Leipziger Hauptbahnhof entfernt. Die Gleisoberkante lag bei 105,6 m üNN.
Außerdem ist er seit 1873 Anfangspunkt der Zeitzer Eisenbahn (nächster Haltepunkt: Leipzig-Lindenau, 3 Fahrminuten entfernt) und war 1931–1998 Endpunkt der Merseburger Eisenbahn (am Kilometer 27,73; nächster Haltepunkt: Böhlitz-Ehrenberg).
Als am 22. März 1856 die Thüringer Eisenbahn eröffnet wurde, befand sich in der Nähe des Ritterguts Barneck nur eine »Signalzwischenstation«, die Züge zwischen Leipzig und Großkorbetha fuhren aber ohne Halt durch. Erst mit der Anlage der Zeitzer Eisenbahn, die hier abzweigte, wurde am 20. August 1873 der Personenverkehr auf dem Bahnhof Barneck aufgenommen. Hier hielten zunächst täglich je Richtung drei Züge der Verbindung Leipzig – Großkorbetha sowie drei Züge der Verbindung Leipzig – Zeitz.
Vom 1. November 1883 bis zum 30. Juni 2001 diente der Bahnhof auch dem Güterverkehr. Hierzu führten 32 Anschlussgleise zu den Fabriken in Leutzsch und Böhlitz-Ehrenberg.
Am 1. Juni 1885 wurde der Bahnhof Barneck in Leutzsch umbenannt.
Am 1. April 1896 wurde der Bahnhof, der bisher zur Eisenbahndirektion Erfurt gehörte, der Eisenbahndirektion Halle zugeordnet.
Am 14. April 1899 wurde der Nordabschnitt der Leutzscher Straßenbahntrasse in Betrieb genommen, der den Bahnhof Leutzsch an das Nahverkehrsnetz der Stadt Leipzig anschloss.
Nach der Eingemeindung der Gemeinde Leutzsch in die Stadt Leipzig zum 1. Januar 1922 erhielt der Bahnhof am 1. Juni 1922 den noch heute gültigen Namen Leipzig-Leutzsch.
Am 12. Juli 1969 wurde der Bahnhof Leipzig-Leutzsch einer der ersten Haltepunkte der Leipziger S-Bahn.
Im letzten Jahrzehnt des 20. Jahrhunderts verlor der Bahnhof zunehmend seine Funktion als Regionalbahnhof. Am 24. Mai 1998 wurde der Personenverkehr auf der Merseburger Eisenbahn eingestellt. Auf dem Nordabschnitt der Leutzscher Straßenbahntrasse wurde 2001 der Linienverkehr eingestellt.
Heute dient der Bahnhof noch als Haltepunkt der S-Bahn-Linie S1 sowie der Regionalzüge nach Weißenfels und Zeitz.
Im Zuge der Umgestaltung des Leipziger S-Bahn-Netzes wurde der Bahnhof Leutzsch 2011 geschlossen und durch zwei gleichnamige Haltepunkte unter den Georg-Schwarz-Brücken (am Kilometer 7,38, nun 106,8 m üNN) ersetzt. Damit sollte das Umsteigen zur Straßenbahnlinie, die auf der Gundorfer Straßenbahntrasse verkehrt, und den Bussen erleichtert werden.
Nach dem Bahnhof Leutzsch trug die Rathenaustraße bis 1925 den Namen »Bahnhofstraße«.