Εξ ου και το προσωνύμιο Χάζαρος για τον νεαρό Λέοντα. Οι Χάζαροι ήταν ένας νομαδικός λαός τουρκομογγολοουνικής καταγωγής, που ζούσε στα δυτικά και βόρεια της Κασπίας θάλασσας.
Σε ηλικία ενός έτους, ο Λέων στέφθηκε από τον πατέρα του συμβασιλέας. Ανατράφηκε σε εικονομαχικό περιβάλλον, αλλά το 770 παντρεύτηκε την εικονόφιλη Ειρήνη Σαρανταπήχαινα, που καταγόταν από την πλούσια οικογένεια των Σαραντάπηχων της Αθήνας. Μαζί της απέκτησε τον διάδοχό του θρόνου Κωνσταντίνο ΣΤ'.
Μετά τον θάνατο του πατέρα του στέφθηκε αυτοκράτορας (14 Σεπτεμβρίου 775) και τον επόμενο χρόνο (24 Απριλίου 776) έχρισε τον γιο του Κωνσταντίνο συμβασιλέα, ώστε να εξασφαλιστεί από τις βλέψεις των ετεροθαλών αδελφών του. Οι πέντε ετεροθαλείς αδελφοί του Λέοντος (γιοι της τρίτης συζύγου του πατέρα του Ευδοκίας) με επικεφαλής τον πρεσβύτερο Καίσαρα Νικηφόρο εξεγέρθηκαν και απαίτησαν τον θρόνο. Ο Λέων Δ' γρήγορα κατέστειλε την εξέγερση και αφού βασάνισε σκληρά τους πέντε συνωμότες, τους εξόρισε στη Χερσώνα της Κριμαίας.
Το μείζον εσωτερικό πρόβλημα της βασιλείας ήταν οι εικονομαχικές έριδες, που απειλούσαν τη συνοχή της αυτοκρατορίας. Ο Λέων συμπεριφέρθηκε με μετριοπάθεια στους εικονολάτρες και μάλιστα δέχτηκε τη χειροτονία του εικονολάτρη Παύλου του Κύπριου ως Πατριάρχη Κωνσταντινουπόλεως. Ασφαλώς έπαιξε το ρόλο της και η δυναμική σύζυγός του Ειρήνη, που ήταν εικονόφιλη.
Στο εξωτερικό μέτωπο, οι Άραβες φάνηκαν προς στιγμήν απειλητικοί και με επικεφαλής τον Αβασίδη χαλίφη Μουχάμαντ Αλ Μαχντί κατέλαβαν περιοχές της Συρίας και της Μικράς Ασίας, που ανήκαν στο Βυζάντιο. Γρήγορα, όμως, απωθήθηκαν από τον βυζαντινό στρατό, του οποίου ηγείτο ο φανατικός εικονομάχος στρατηγός Μιχαήλ Λαχανοδράκων. Οι σχέσεις με του Βουλγάρους υπήρξαν ειρηνικές μετά τους μακροχρόνιους πολέμους του Κωνσταντίνου Ε'. Ο ηγεμόνας των Βουλγάρων Τελέριχος ασπάστηκε το Χριστιανισμό και παντρεύτηκε μια ξαδέλφη της Ειρήνης, η κίνησή του όμως αυτή δεν είχε ως συνέχεια τον εκχριστιανισμό του λαού του.
Ο Λέων Δ' ο Χάζαρος πέθανε στις 8 Σεπτεμβρίου 780, σε ηλικία 30 ετών, μάλλον από φυματίωση, κατά τη διάρκεια εκστρατείας κατά των Βουλγάρων. Ο αιφνίδιος και πρόωρος θάνατός του αποδόθηκε από τους μεν Εικονομάχους σε εγκληματική ενέργεια της συζύγου του Ειρήνης, από δε τους Εικονολάτρες στη θεία πρόνοια. Μετά τον θάνατο του Λέοντος Δ' η εξουσία περιήλθε στην Ειρήνη, ως επίτροπο του ανήλικου διαδόχου και μετέπειτα αυτοκράτορα Κωνσταντίνου ΣΤ'.
