Nació en San Cristóbal, provincia de Santo Domingo. Hijo de un pequeño terrateniente, se dedicó con muy buen éxito financiero a la agricultura y a la ganadería. Ingresó a la Guardia Nacional en los años en que el país se hallaba bajo la ocupación de Estados Unidos. Teniente en 1917, alcanzó el grado de general en 1927, y fue Comandante en jefe del Ejército desde 1925.
En 1930 se hizo con el gobierno apoyando el golpe de Estado que depuso al presidente Horacio Vázquez. Se convirtió en Presidente de la República para el período 1930-34. El proceso de su ascensión estuvo jalonado por numerosas violencias y medidas de represión. Como primer mandatario, estableció una férrea dictadura personal y situó a sus familiares en puestos claves del gobierno. Además, mediante el control de los mecanismos electorales, logró vencer en los sucesivos comicios.
En 1937, al surgir un conflicto fronterizo con Haití debido a la afluencia de trabajadores haitianos a territorio dominicano, envió sus tropas que exterminaron alrededor de diez mil campesinos. En 1938 colocó en el mando a Jacinto Peynado, quien siguió sus directrices políticas. Trujillo fue reelegido para los períodos 1934-38, 1942-47 y 1947-1952; (entre 1952 y 1957 puso a fungir como presidente a su hermano Héctor Bienvenido Trujillo).
Hechos notables de la dilatada administración de Rafael Leonidas son: el tratado "Trujillo-Hull" de 1940, por el que la recaudación de impuestos aduanales pasó a manos dominicanas, después de 31 años de injerencia estadounidense; la reconstrucción de la ciudad de Santo Domingo dañada por un ciclón en 1930; la campaña de alfabetización; la reforma de la Constitución para conceder el voto a la mujer; un vasto plan de construcción de obras públicas; la fijación definitiva de la frontera con Haití; y la acertada política inmigratoria que permitió la instalación en el país de buen número de refugiados europeos. En 1936 cambió el nombre de la capital del país, Santo Domingo, por el de Ciudad Trujillo. La ciudad recuperó su anterior denominación en 1961, cuando, en un atentado, Rafael Leonidas perdió la vida.