Nel 1869 conseguì il dottorato all'Università di Monaco, in seguito come assistente di medicina clinica a Monaco sotto Karl von Pfeufer (1806-1869) e Joseph von Lindwurm (1824-1874). Dopo la morte di Felix von Niemeyer (1820-1871), fu capo provvisorio della clinica medica di Tubinga prima della nomina di Carl von Liebermeister (1833-1901) come sostituto permanente di Niemeyer. Leichtenstern rimase nella clinica di Tubinga per diversi anni, in seguito ricoprì il ruolo di capo medico di medicina interna presso l'ospedale di Colonia (1879-1900).