Leo van Doeselaar estudou órgão com Albert de Klerk e piano com Jan Wijn no Conservatório de Amsterdão. Além do diploma de solista em ambos os instrumentos, ganhou o Prémio de Excelência em órgão. Posteriormente, explorou a prática da performance histórica. Estudou música de órgão francesa com André Isoir e teve aulas de piano com Malcolm Bilson e Jos van Immerseel.
Van Doeselaar apresenta-se regularmente como solista por toda a Europa, Ásia e Estados Unidos.
De 1995 a 2019 foi professor de órgão na “Universität der Künste” em Berlim. Leciona regularmente em academias internacionais de órgão, entre as quais, na Academia Internacional de Órgão em Haarlem. É membro assíduo em júris de concursos internacionais de órgão.
Juntamente com Wyneke Jordans, gravou, para várias editoras, duetos para piano com obras de compositores como Schubert, Beethoven, Dvořák, Ravel, Stravinsky e Satie.
Os seus inúmeros trabalhos discográficos incluem gravações, em órgãos históricos, da música de J.S. Bach, W. F. Bach, Handel, Van Noordt, Krebs, Mendelssohn, Franck, Liszt e Reger.
Como organista da orquestra barroca da Netherlands Bach Society, Van Doeselaar está intensamente envolvido no prestigioso projeto de vídeo e áudio “All of Bach”.
Como organista titular do Royal Concertgebouw em Amsterdão, apresenta-se frequentemente com orquestras e solistas de renome. Com a Royal Concertgebouw Orchestra, fez a estreia mundial de obras para órgão e orquestra de Tristan Keuris, Sofia Gubaidulina e Wolfgang Rihm e apresentou-se como solista sob a direção de maestros como Chailly, Janssons, Zinman, Dutoit, Flor, Bour, Krevine, Luisi e Metzmacher.
A gravação das obras completas para tecla de Jan Pieterszoon Sweelinck, na qual Van Doeselaar participou como organista no órgão Van Hagerbeer na Pieterskerk em Leiden, foi premiada com o Prémio Edison e com o Prémio da “Deutsche Schallplattenkritik”. O seu CD com obras de órgão de Heinrich Scheidemann (MDG) ganhou os prémios da “Deutsche Schallplattenkritik” e “OPUS Klassik”.
Em 2007, Na Oude Kerk de Amsterdão, recebeu o prémio Jan Pieterszoon Sweelinck em reconhecimento do seu trabalho em prol da cultura do órgão de tubos.
Juntamente com Erwin Wiersinga, Leo van Doeselaar é, desde 2014, organista titular da Martinikerk em Groningen.