Nel 1931, lo studioso prussiano E. Möller scoprì su un protocollo notarile di Vinci un’annotazione relativa alla nascita e al battesimo di Leonardo. L’appunto, redatto dal nonno Antonio di Piero da Vinci, su un documento datato 1452, già appartenuto al proprio padre, notaio di professione, confutò l’ipotesi che Leonardo fosse nato ad Anchiano, villaggio a pochi chilometri da Vinci, come fino ad allora si era creduto. Antonio da Vinci scriveva: «Nacque un mio nipote, figliuolo di ser Piero mio figliuolo a dì 15 d’aprile in sabato, a ore tre di notte. Ebbe nome Lionardo. Batezollo prete Piero di Bartolomeo da Vinci […]». A queste parole seguiva un lungo elenco di personaggi la cui identità era indiscutibilmente legata al borgo di Vinci, dove la famiglia di Leonardo, sebbene avesse ottenuto la cittadinanza fiorentina nel secolo XIV, aveva mantenuto la propria residenza.

Del padre, ser Piero, si sa che aveva cominciato ad esercitare la professione di notaio nel 1448, vivendo stabilmente a Firenze e recandosi con frequenza regolare a Pisa.

Un secondo documento appartenuto a ser Antonio fornisce ulteriori informazioni riguardo alla madre e alla nascita illegittima di Leonardo: nella portata al catasto del 1458, ser Antonio conta, tra i componenti del nucleo familiare, «Lionardo figliuolo di detto ser Piero non legiptimo, nato di lui et della Chateri[n]a, al presente donna d’Achattabriga di Piero Del Vaccha da Vinci d’anni 5».

A parte il nome e l’identità dell’uomo che aveva sposato dopo la nascita del bambino, non si sa altro della madre di Leonardo. Si presume che dovesse trattarsi di una ragazza di umili origini, come sembra suggerire il fatto che non fu preso in considerazione un eventuale matrimonio con ser Piero e che fu data in sposa a un semplice "fornaciaio".

La scelta del nome con cui Leonardo fu battezzato, estraneo alla tradizione familiare, suggerisce che fin dal battesimo non si avesse alcuna intenzione di legittimare il bambino. Ciò nonostante, sembra che questi abbia trascorso l’infanzia a Vinci, con la famiglia paterna. Essendo figlio illegittimo, però, egli non avrebbe potuto diventare notaio o godere dei benefici connessi alla cittadinanza, né vantare diritti sui beni di famiglia senza un atto giuridico esplicito. A questo proposito, sembra che la figura più vicina a Leonardo negli anni dell’infanzia sia stata probabilmente lo zio Francesco, fratello di ser Piero, che lo nominò proprio erede nel testamento.

Si sa per certo che Leonardo rimase in famiglia almeno fino al 1469, epoca dell’ultimo catasto in cui viene ascritto tra i membri del nucleo a carico del nonno Antonio. Nel censimento successivo, del 1480, egli non viene compreso tra i componenti della famiglia paterna: da ciò si desume che, per tale data, egli dovesse già avere lasciato Vinci.