Non fu certo per l'eroicità dei combattenti o la drammaticità degli eventi che la battaglia di Anghiari passò alla storia, ma perché i Magistrati di Firenze vollero affidare a Leonardo da Vinci l'incarico di celebrare l'evento con un affresco a Palazzo Vecchio, più precisamente nella Sala del Consiglio.

La leggenda vuole che l'incarico fu addirittura assegnato sia a lui che a Michelangelo, in una sorta di competizione vinta dall'autore della Gioconda. In realtà i due grandi artisti si divisero i compiti, poiché a Michelangelo fu affidato l'incarico di rappresentare, sul lato opposto della sala, la Battaglia di Cascina. Una volta che Leonardo ebbe elaborato lo schema del suo lavoro, si decise di far dipingere la sua parte centrale, che raffigurava lo lotta dei soldati intorno alla bandiera. L'artista lavorò ai disegni per due anni, fin quando non decise di partire per Milano.
Nel 1503 Leonardo iniziò a studiare l'opera e cominciò a lavorare su muro nel 1504. Al suo ritorno, purtroppo, l'opera era rovinata e Leonardo decise di non proseguire l'opera, ormai definitivamente compromessa. L'affresco rimase così incompiuto e si degradò notevolmente. Venne fatto sostituire nel 1563, da una decorazione del Vasari. Inoltre andarono perduti anche il grande cartone preparatorio, il presunto modello su tavola e i modelli in cera. Fortunatamente, se ne ha ancora testimonianza. Questo anche perché durante i due anni di lontananza di Leonardo dai lavori, molti artisti studiarono e copiarono l'affresco. Oggi l'opera di Leonardo è nota grazie ad una quindicina di copie in pittura, qualche incisione ed i disegni autografi del Vinciano, che aveva studiato a fondo l'opera riproducendo anche i colti dei soldati. Riproduzioni del Rubens sono conservate al Louvre di Parigi, ed uno studio della battaglia di Anghiari attribuito al pittore Biagio di Antonio, datata 1470, può essere visitata alla National Gallery of Ireland di Dublino.
Recentemente, all'incirca all'inizio dell'estate del 2005, è stata diffusa la notizia che a Palazzo Vecchio è stato individuato in muro sul quale sarebbe stata dipinta la battaglia di Anghiari". Già da tempo alcuni studiosi, tra cui il noto ingegnere Maurizio Seracini, (da anni alla caccia del capolavoro di Leonardo) sostenevano infatti che il Vasari non aveva assolutamente coperto l'opera del suo predecessore. Tracce dell'affresco, secondo l'ipotesi di Seracini, perduto potrebbero trovarsi su di un'intercapedine dietro il muro che Vasari decorò con la "Battglia di Marciano".