Zusammen mit Laurene Powell Jobs, Witwe des Apple-Gründers Steve Jobs, und einem US-Unternehmer gab er die Gründung der Organisation "Earth Alliance" bekannt. Sie wollen als Reaktion auf den Klimawandel in Bereichen wie erneuerbare Energien initiativ werden.
Zudem liegt der Fokus in Zusammenarbeit mit WissenschaftlerInnen und AktivistInnen auf sauberem Trinkwasser und dem Schutz von Ökosystemen. DiCaprio hatte 1998 bereits die "Leonardo DiCaprio Foundation" ins Leben gerufen und mit der Stiftung Gelder in Höhe von über 100 Millionen Dollar für Umweltprojekte mobilisiert. Als Produzent brachte er 2007 den Dokumentarfilm "The 11th Hour" über die Klimaerwärmung in die Kinos. Er lebt nach eigenen Angaben schon lange umweltbewusst, fährt Hybridautos und nutzt Solarenergie.