Léonard Frey-Maibach wurde in Lyon (Frankreich) geboren und begann sein Cellostudium bei Fernando Rapetti und später bei Patrick Gabard. Mit 16 Jahren wurde er in die Klasse von Roland Pidoux und Xavier Phillips am Conservatoire National Supérieur de Musique et de Danse de Paris aufgenommen und studierte anschließend bei Julius Berger am Leopold Mozart Zentrum Augsburg. Er war Mitglied der Akademie der Münchner Philharmoniker unter Lorin Maazel und Zubin Mehta und von 2008 bis 2011 Mitglied des Gustav Mahler Jugendorchesters.

2014 wurde er als Solo-Cellist des Gewandhausorchesters in Leipzig und 2015 zum 1. Solo-Cellisten unter Riccardo Chailly ernannt. Heute ist Léonard Frey-Maibach erster Solocellist des Orchestre de la Suisse Romande in Genf und Solocellist des Orchesters der Bayreuther Festspiele. Er wird regelmäßig als Dozent u.a. an die Guildhall School in London, die Shanghai University, das LMZ Augsburg, die Tokyo School of Music eingeladen. Seit 2017 coacht er regelmäßig die Cellogruppe des Gustav Mahler Jugendorchesters.

Von 2014 bis 2018 war er Mitglied des Gewandhaus-Quartetts und konzertierte in großen internationalen Konzertsälen, von Europa über Asien bis Südamerika. 2016 gründete Léonard Frey-Maibach mit der Choreografin Juliette Rahon das interdisziplinäre Tanzensemble Juliette Rahon & Co, dessen künstlerischer Co-Leiter er ist.