Willem van Leen gehörte zu den wichtigsten niederländischen Blumenmalern des späten 18. Jahrhunderts. Anfangs wurde er von seinem Vater, Jan van Leen, unterrichtet, der selbst Maler war. Im Anschluss ging er bei anderen Dordrechter Malern, wie Jan Arends (1738-1805), Dirk Kuipers (1733-1796) und Joris Ponse (1723-1783), in die Lehre. 
1773 siedelte er nach Paris über. Dort studierte er drei Jahre und befreundete sich während dieser Zeit mit Gerard van Spaendonck (1746-1822) und Pierre Sauvage (1699-1780).
Mit kurzer Unterbrechung 1787-89, wo er sich wieder in Paris aufhielt, kehrte er in die Niederlande zurück. Anfangs wohnte er in Rotterdam. Nach seiner zweiten Rückkehr 1789 siedelte er nach Delfshaven über. In Paris fertigte er Entwürfe für die Wandbekleidung im Schloss Pawlowsk in St. Petersburg. In seiner Zeit in den Niederlanden allerdings fertigte er ausschließlich Blumen- und Obststillleben. Schon zu seinen Lebzeiten waren seine Arbeiten beliebt und wurden bewundert. Teils können seine Werke auch als Miniaturen, unter anderem als Dosendeckel, wiedergefunden werden. 
Auch politisch konnte er Erfolge verzeichnen. 1811 wurde er zum Ratsherren in Delfshaven ernannt. Dieses Amt hatte er bis zu seinem Tod 1825 inne.