Madeleine Weiller, née à Saint-Dié d’un père médecin, appartient par ses origines à la bourgeoisie juive et laïque. Après des études à Paris au lycée Molière et à la faculté de droit, elle s’inscrit au Barreau en 1924, devenant une des premières femmes à exercer la profession d’avocate. En cette même année, elle épouse Léo Lagrange, rencontré deux ans plus tôt à la faculté de droit. Ils forment un couple moderne très impliqué dans la vie culturelle parisienne. Elle seconde ensuite son mari, élu député SFIO du Nord en 1932, puis sous secrétaire d’Etat aux sports et aux Loisirs dans le gouvernement du Front populaire en 1936-37 puis en 1938. Chargée de mission au cabinet de son mari, Madeleine Léo-Lagrange prend une part importante à la mise en place de la loi sur les congés payés et sur les quarante heures. Par la suite elle continue à participer activement au débat sur les loisirs, en en faisant en particulier le thème central d'une série d'émissions radiophoniques qu'elle produit et anime en 1937 et en 1938.

Madeleine Léo-Lagrange devient veuve en juin 1940, quand son mari tombe au front sous les balles allemandes. Quelques mois plus tard, les lois raciales du régime de Vichy la contraignent à interrompre son activité professionnelle : l'accès aux prétoires lui est désormais interdit.

A la Libération elle prend la direction du cabinet d’ Henri Frenay, ministre des prisonniers, déportés et réfugiés et est choisie par la SFIO comme candidate à la première Assemblée Constituante ; élue députée du Nord le 21 octobre 1945, elle est membre de la Commission de l'éducation nationale et des beaux-arts, de la jeunesse, des sports et des loisirs, de la Commission de la presse, de la radio et du cinéma, et du Conseil provisoire de la jeunesse ; elle est en outre nommée jurée à la Haute Cour de justice. Le 20 décembre 1945 elle dépose une proposition de résolution invitant le gouvernement à « prendre une série de mesures concernant la formation physique, civique et morale de la jeunesse française ». Elle l’incite également à réaliser un « plan grandiose de l'équipement sportif du pays ». Mais son activité parlementaire ne dure que 8 mois, car à la suite du rejet du projet de constitution par le référendum du 5 mai 1946, Madeleine Léo-Lagrange choisit de ne pas se représenter aux élections à la seconde Assemblée constituante. Elle retrouve alors les cabinets ministériels et devient chargée de mission, notamment auprès de la secrétaire d'Etat à la jeunesse et aux sports, Andrée Pierre-Viénot.

A la fin de l'année 1948 elle renoue avec le droit, cette fois non en tant qu'avocate mais en tant que juge. Elle sera magistrate à Lille puis à Versailles et enfin à Paris, où elle demandera une mise en disponibilité à l’époque de la guerre d’Algérie, estimant alors son rôle incompatible avec sa volonté de défendre les droits de l’homme. Elle adhéra alors pour quelque temps au PSU.

Sa présence à la Ligue de l’enseignement se situe entre la Libération et le début des années 1950. Elle en devint alors une dirigeante respectée….en même temps qu’elle y incarnait un symbole, celui de l’espérance d’une démocratisation de la culture héritée du Front populaire. C’est dans cet esprit qu’elle présenta au congrès de 1947 un rapport remarqué sur la culture populaire, édité en brochure.