Modul má válcový tvar s celkovým obyvatelným vnitřním prostorem 31 m³ mimo transportní skříně. Nosná kapacita činí 9000 kg užitečného zatížení, především vědeckých přístrojů, které mohou být umístěny v celkem 16 přemístitelných standardních skříních ISPR (International Standard Payload Racks), z nichž 5 je vybaveno rozvody elektrické energie, chlazením a datovými počítačovými sběrnicemi. MPLM má 2 stykovací uzly. Modul je vybaven ochranou protimeteorickou MDPS (Micrometeorite and Debris Protection System) a tepelnou MLI (Multi-Layer Insulation), klimatizačním systémem, systémem aktivní a pasivní termoregulace, požárním signalizačním a hasicím systémem, systémem dodávky elektrické energie, povelovým a telemetrickým systémem.

Na ISS byl MPLM dopravován v nákladovém prostoru raketoplánu. Maximální doba letu byla minimálně 16 dní v připojeném stavu ke stanici. Celková životnost modulu byla minimálně 10 roků a 25 letů do vesmíru.

Jako první startoval modul Leonardo při STS-102 (ISS-5A.1) dne 08.03.2001.

Po řadě startů a návratů byl modul Leonardo upraven na trvalý pobyt v kosmu a v únoru 2011 byl při misi STS-133 naposledy vynesen do kosmu a zůstal u ISS trvale připojen k dolnímu uzlu modulu Unity jako tzv. PMM (Permanent Multipurpose Module).