Уже Феодорит Кирский (первая половина V в.) относит к числу наиболее значимых церковных праздников день памяти Леонтия. Самые ранние свидетельства о храме Леонтия в Триполи также относятся к V в.: его посещали Мелания Младшая и Пётр Ивер, в их Житиях сообщается о совершавшихся там чудесах. Севир Антиохийский, учившийся в молодости в Бейруте, в 488 г. решил принять крещение именно в храме Леонтия. По свидетельству Севира Антиохийского, многие юноши, изучавшие, как и он, в Бейруте юриспруденцию, по молитвам Леонтия избирали впоследствии монашеский путь. Севир Антиохийский посвятил Леонтию церковный гимн. Во имя Леонтия были созданы церкви в Дафне близ Антиохии в 507 г. Исследователям известны надписи с указаниями на постройку церкви святых Сергия, Вакха и Леонтия в Бостре в 512/513 г. (храм частично сохранился) и церковь во имя Леонтия в Дуреа (Дуре) в 565 г. В надписи из Сур-эль-Ладжа содержится упоминание Леонтия (по другой версии – его церкви) с датой, интерпретируемой исследователями как 458 либо 564 г. Церковь святого Леонтия в Иосафатовой долине упоминается в IX в. В Константинополе память Леонтия праздновали в посвящённом ему храме рядом с воротами Пиги и близ Камаридия. Исследователи полагают, что часть мощей Леонтия попала из Триполи в Константинополь. Стефан Новгородец (1348–1349 гг.) видел в церкви святых Николая и Приска во Влахернах главу Леонтия. Исследователям неясно, какого святого по имени Леонтий имел в виду «Аноним Меркати», указывая, что в церкви великомученицы Евфимии рядом с ипподромом хранится «тело святого Леонтия исповедника». В XI в. частица мощей Леонтия была привезена на Русь. По сообщению «Киево-Печерского патерика», Богоматерь явилась во Влахернском храме зодчим и велела им отправиться на Русь для строительства Киево-Печерского монастыря. Она дала им мощи святых, в том числе Леонтия, чтобы они были положены в основание монастырского собора. В Описи Образной палаты 1669 г. числятся две частицы мощей Леонтия. В настоящее время частицы мощей Леонтия хранятся в храме Воскресения Христова в Иерусалиме, в церкви великомученика Димитрия Солунского в Пирее, в монастыре Святой Троицы и в церкви священномученика Харалампия в Акрате (ном Ахея, Греция), в монастырях Честного Креста и в честь иконы Божьей Матери «Живоносный Источник» на Самосе.