Leonardo začal pracovať na obraze počas svojho druhého pobytu vo Florencii, pravdepodobne v roku 1503, a prácu dokončil asi o tri alebo štyri roky neskôr. Toto svoje dielo si výnimočne obľúbil a pri svojich cestách ho brával vždy so sebou. Tak sa v roku 1516 obraz dostal do Francúzska, kam Leonardo pricestoval na pozvanie kráľa Františka I., aby pracoval na zámku Clos Lucé blízko kráľovho sídla v Amboise. Napokon František I. obraz kúpil do svojej zbierky. (Nie je jasné, či obchod zrealizoval sám Leonardo alebo až jeho dedič, gróf Francesco Melzi.) Niekedy po Leonardovej smrti boli odrezané krajné časti z oboch strán obrazu. Pôvodne bola Mona Líza znázornená medzi dvoma stĺpmi, ako o tom svedčia staré kópie. Okraje základní týchto pôvodných stĺpov si možno všimnúť aj dnes.

Obraz bol umiestnený v zámku Fontainebleau, neskôr ho Ľudovít XIV. nechal vystaviť vo svojom zámku vo Versailles. Po Francúzskej revolúcii bol prevezený do Louvru. Napoleon ho nechal v roku 1800 umiestniť v spálni svojej manželky v paláci Tuileries, o štyri roky bol však vrátený do Louvru. Počas francúzsko-pruskej vojny v rokoch 1870 – 1871 bol obraz z bezpečnostných dôvodov odvezený z Louvru a ukrytý niekde na území Francúzska.

Počas druhej svetovej vojny bolo dielo prevezené z Louvru do bezpečia najprv na zámok Amboise, potom do opátstva Loc-Dieu a nakoniec do múzea Ingres v Montauban.

V roku 1956 bola spodná časť maľby vážne poškodená kyselinou. O niekoľko mesiacov neskôr niekto hodil do obrazu kameň. Aby sa podobné incidenty nemohli opakovať, je v súčasnosti obraz vystavovaný za bezpečnostným sklom.

Od 14. decembra 1962 do marca 1963 sa Mona Líza „predstavila“ v Spojených štátoch, kde bola za mimoriadneho záujmu vystavovaná v New Yorku a vo Washingtone. Podobne v roku 1974 sa predstavila v Tokiu a v Moskve.

6. apríla 2005 bol obraz po dôkladnom zreštaurovaní, analýze a dokumentácii v rámci Louvru premiestnený na svoje nové miesto v Salle des Etats (Sála štátov). Je vystavený v špeciálne skonštruovanom priestore s kontrolovanou klímou za ochranným sklom.