Ottenne il dottorato all'Università di Liegi nel 1926, e fu collaboratore di Niels Bohr. Lavorò all'inizio in elettrodinamica quantistica e con Bohr scrisse, nel 1933, un famoso articolo sulla misurabilità dei campi elettromagneticiLeon Rosenfeld and the challenge of the vanishing momentum in quantum electrodynamics, by Donald Salisbury .
Insieme al fisico Frederik Belinfante, Rosenfeld è noto per aver derivato il tensore energia impulso di Belinfante–Rosenfeld. Fu uno dei fondatori della rivista 'Nuclear Physics' e inoltre coniò il termine leptoneRosenfeld, Léon (1948). Nuclear Forces. Interscience Publishers, New York, xvii.. Nel 1949 Léon Rosenfeld ebbe il premio Prix Francqui per le scienze esatte.
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