L'attore e produttore è un attivista per il clima e si dedica da decenni al tema. Nel 1998 fonda la Leonardo DiCaprio Foundation, organizzazione no profit dedicata alla promozione della consapevolezza ambientale.
DiCaprio ha dedicato al tema anche una parte della sua carriera cinematografica: nel 2016 è protagonista del documentario 'Punto di non ritorno', che segue l’attore attraverso un lungo viaggio a tappe in giro per il mondo, dall'Antartide all'Indonesia, durante il quale la star avverte dei pericoli portati dal cambiamento climatico. Nel 2019 l'attore, insieme a Terra Mater Factual Studios, produce il documentario ed eco thriller 'Sea of Shadows', che segue il lavoro di investigatori della Marina messicana, ambientalisti e giornalisti per salvare dal bracconaggio gli ultimi vaquita, le balene più piccole della terra.
Quando nel 2016 sale sul palco degli Oscar per ritirare la sua statuetta, la star ha voluto sfruttare l'occasione per inviare un messaggio forte: "Il cambiamento climatico è reale, sta accadendo proprio ora. È la minaccia più urgente per tutta la nostra specie e dobbiamo lavorare insieme e smettere di ritardarla", ha detto l'attore. "Grazie a tutti per questo meraviglioso premio, ma non dimentichiamo questo pianeta", è stata la sua conclusione.
Nel corso degli anni la star ha donato personalmente decine milioni di dollari a organizzazioni per la salvaguiardia ambientale, come il WWF, e ha organizzato attività di raccolta fondi e aste di beneficenza. Nel 2014 mettendo all'asta oggetti propri e di altre celebrità riesce a raccogliere ben 25 milioni di dollari per la salvaguardia di oceani, foreste, riserve naturali e specie in via di estinzione.
Nel 2018 una nuova specie di coleottero, il Grouvellinus leonardodicaprioi, è stata dedicata a DiCaprio come riconoscimento per la sua attività di sensibilizzazione sulla perdita di biodiversità e sul cambiamento climatico.