Im Jahr 2001, im Alter von etwa 5 Jahren, trat Leroy der Jugendmannschaft der 'SG Wattenscheid 09' bei. Dort spielte er bis irgendwann im Jahr 2005, bevor er in jenem Jahr in das Nachwuchsleistungszentrum Schalke eintrat. Danach, 2008, begann er bei Bayer Leverkusen zu spielen und kehrte 2011 zu "Schalke 04" zurück. Er spielte bis Anfang 2014 in der Jugendmannschaft von Schalke 04. Am 21. März 2014 begann er seine A-Nationalmannschaftskarriere bei "Schalke 04", wo er einen dreijährigen Profivertrag unterschrieb. Der Vertrag wurde bis zum 30. Juni 2017 verlängert. Sein Debütspiel in der Bundesliga fand am 20. April 2014 statt. Sein erstes Tor der Saison erzielte er am 13. Dezember 2014 gegen den 1. FC Köln, sein erstes Tor in der UEFA Champions League erzielte er am 11. März 2015 gegen Real Madrid. Am 2. August 2016 unterzeichnete er dann einen 5-Jahres-Vertrag mit dem Premier League-Klub Manchester City. Berichten zufolge belief sich die Transfergebühr auf 37 Millionen Pfund, wobei leistungsabhängige Zuschläge die Gebühr auf rund 46,5 Millionen Pfund ansteigen lassen könnten.
Stadt Manchester
Sein Debüt mit dem Klub gab er am 10. September desselben Jahres gegen "Manchester United" im "Manchester"-Derby. Am 18. Dezember desselben Jahres erzielte er sein erstes Tor für den Klub während des Spiels der "Premier League" gegen "Arsenal". Beim FIFA Konföderationen-Pokal 2017 verpasste er die Teilnahme am Turnier, da er sich einer korrigierenden Operation unterziehen musste, um sein chronisches Problem der Nasenverstopfung zu überwinden. Leroy setzte seine gute Leistung in der Saison 2017-2018 fort und erhielt die Auszeichnung "Premier League-Spieler des Monats" für Oktober 2017. Während des "FA Cup" 2017-2018 gehörte er zum Kader des Klubs. Im Finale des EFL-Pokals 2018, das am 25. Februar 2018 im Wembley-Stadion stattfand, holte sich Manchester City mit einem 3:0-Sieg gegen Arsenal die Trophäe. Leroy spielte 77 Minuten in der Partie, bevor er ausgewechselt wurde. Der Titel "PFA Nachwuchsspieler des Jahres" ging 2017-2018 an ihn für seinen Beitrag zum Titelgewinn der "Premier League" 2017-2018 durch "Manchester City". Es war der dritte 'Premier League'-Titel des Vereins. Sein erstes Tor im Manchester-Derby erzielte er am 24. April 2019 beim 2:0-Sieg von Manchester City gegen Manchester United. Am 4. August 2019, während der Partie zwischen 'Manchester City' und 'Liverpool' im 'FA Community Shield' am 4. August 2019, erlitt er einen ACL-Riss. Er spielte daher 13 Minuten lang, bevor er ausgewechselt wurde. Manchester City" konnte die Trophäe verteidigen und gewann 5:4 nach Elfmeterschießen.
Bayern München
Leroy Sane verließ Man City und kam am 15. Juli 2020 für 49 Mio. Euro zu Bayern München.