W sezonie 2017 brał udział w wyścigach Formuły 2, która zastąpiła serię GP2. Reprezentował barwy mistrzowskiego zespołu z Włoch powiązanego ze Scuderią Ferrari, Prema Racing, a jego partnerem był Antonio Fuoco. Już w pierwszej sesji kwalifikacyjnej sezonu, na bahrańskim torze Sakhir okazał się najszybszy. Dzień później zajął trzecie miejsce w wyścigu, a następnie odniósł pierwsze zwycięstwo w niedzielnej rywalizacji. W drugiej rundzie wyścigów na hiszpańskim torze de Barcelona-Catalunya po starcie z pole position odniósł drugą wygraną, natomiast dzień później był czwarty. W rundzie trzeciej na torze Monako nie ukończył obu wyścigów. Pomimo startu z pole position musiał wycofać się z pierwszego wyścigu z powodu awarii zawieszenia oraz z drugiego po otrzymaniu dziesięciosekundowej kary za kolizję z Francuzem Normanem Nato. Po nieudanym weekendzie w Monako zaczął regularnie stawać na podium oraz odniósł trzy zwycięstwa w trzech kolejnych weekendach startowych, na torze Bakı Şəhər Halqası w azerskim Baku, austriackim Red Bull Ringu oraz brytyjskim Silverstone. Pomimo pozytywnych rezultatów na torze, Leclerc przeżywał w tym czasie osobistą tragedię. Jego ojciec Hervé zmarł po długiej chorobie tuż przed wyścigiem w Baku, ale ten nie zrezygnował ze startu i zdominował rywalizację.