Pada tahun 2001, pada usia sekitar 5 tahun, Leroy bergabung dengan tim muda 'SG Wattenscheid 09'. Dia bermain di sana sampai sekitar tahun 2005, sebelum bergabung dengan akademi muda 'Schalke' ('Nachwuchsleistungszentrum') pada tahun itu. Setelah itu, pada tahun 2008, ia mulai bermain dengan Bayer Leverkusen dan kembali ke 'Schalke 04' pada tahun 2011. Ia bermain untuk tim muda hingga awal 2014. Dia memulai karir klub seniornya dengan 'Schalke 04' pada tanggal 21 Maret 2014, menandatangani kontrak profesional 3 tahun dengan klub. Kontraknya diperpanjang hingga 30 Juni 2017. Pertandingan debutnya di 'Bundesliga' berlangsung pada 20 April 2014. Dia mencetak gol pertamanya musim ini pada 13 Desember 2014, melawan '1. FC Köln,' dan gol pertandingan 'UEFA Champions League' pertamanya terjadi saat melawan 'Real Madrid,' pada 11 Maret 2015. Dia kemudian menandatangani kontrak 5 tahun dengan klub 'Premier League' 'Manchester City' pada 2 Agustus 2016. Kabarnya, biaya transfernya adalah £37 juta, dengan tambahan berdasarkan kinerja yang berpotensi membuat biaya sekitar £46,5 juta.
Manchester City
Dia melakukan debutnya dengan klub pada 10 September tahun itu, melawan 'Manchester United' dalam derby 'Manchester'. Pada tanggal 18 Desember di tahun yang sama, ia mencetak gol pertamanya untuk klub selama pertandingan 'Liga Premier' melawan 'Arsenal'. Dia absen bermain di Piala Konfederasi FIFA 2017, karena dia harus menjalani operasi korektif untuk mengatasi masalah hidung tersumbat kronisnya. Leroy terus tampil baik pada musim 2017-2018 dan menerima penghargaan 'Pemain Terbaik Liga Premier Bulan Ini' untuk bulan Oktober 2017. Dia adalah bagian dari skuad klub selama 'FA Cup' 2017-2018. Final 'EFL Cup' 2018, yang diadakan pada tanggal 25 Februari 2018, di 'Wembley Stadium,' melihat 'Manchester City' meraih trofi dengan skor 3-0 melawan 'Arsenal. Leroy bermain selama 77 menit dalam pertandingan tersebut sebelum ia digantikan. Gelar 'PFA Young Player of the Year' diberikan kepadanya pada 2017-2018, atas kontribusinya dalam memenangkan gelar 'Premier League' 2017-2018 oleh 'Manchester City'. Ini menandai gelar 'Liga Premier' ketiga klub. Gol derby 'Manchester' pertamanya terjadi pada 24 April 2019, dalam kemenangan 2-0 'Manchester City' melawan 'Manchester United'. Dia mengalami robek ACL selama pertandingan 'FA Community Shield' 2019 yang diadakan antara 'Manchester City' dan 'Liverpool' pada 4 Agustus 2019. Dengan demikian, ia bermain selama 13 menit sebelum diganti keluar. 'Manchester City' berhasil mempertahankan trofi, menang 5-4 melalui adu penalti.
Bayern Munchen
Leroy Sane meninggalkan Man City dan bergabung dengan Bayern Munchen 15 Juli 2020 seharga 49 juta Euro.