达·芬奇临终前，法国国王前往看望。
在1516年，法国国王弗朗索瓦一世邀请达·芬奇前往国王城堡昂布瓦斯城堡附近，在一个叫Clos Lucé的地方工作。据说他也将《蒙娜丽莎》随身带去。达·芬奇去世后，他的画作便归学徒们和助手依尔·沙莱所有。法国国王花了4000埃居买下它，并把它保存于枫丹白露宫，直至路易十四时期。
在很长的一段时间里，人们以为这幅画在达·芬奇死后曾被人剪裁过，画的两边被切割掉一部分。在《蒙娜丽莎》的早期版本中，画的两侧有两个柱子，而这只在原稿中出现过。
但法国艺术品专家帕斯卡·科特（Pascal Cotte）使用世上第一部多光谱相机，罕见地获得卢浮宫允许拍摄《蒙娜丽莎》。他运用紫外线及红外线拍摄取得的高清影像，证实《蒙娜丽莎》早年是画在白杨木画板上，且经过画作分层范围及前置作业（石膏底）表明这幅画并未被切割过。
1911年8月，《蒙娜丽莎》被盗。
《蒙娜丽莎》长年收藏于法国王室的枫丹白露宫之中，寻常百姓并不能见到。直到卢浮宫建成后，才移往该处的。而这幅作品在悬挂于卢浮宫早期，也不出名，并非被当作镇馆之宝来对待的。到了1911年8月20日，曾在卢浮宫内担任油漆匠的温琴佐·佩鲁贾于闭馆时躲入储藏室，趁隔天周一休馆取下画作，藏在大衣内窃出博物馆。馆方在22日发现《蒙娜丽莎》遭窃，于是闭馆一周调查，并祭出高额悬赏金。因持续没有画作下落，在巴黎各家报纸大力报导下，《蒙娜丽莎》才有了知名度。
法国警方曾怀疑是诗人纪尧姆·阿波利奈尔偷了画作，并将其逮捕。因纪尧姆和巴勃罗·毕加索有来往，毕加索也被带到警局问话。但二人最后都被无罪释放。
两年后，佩鲁贾自觉风头已过，想把《蒙娜丽莎》卖给佛罗伦萨乌菲兹美术馆，但随即遭警方逮捕。被捕后佩鲁贾称《蒙娜丽莎》是意大利的财产，理所当然该回到意国。由此佩鲁贾获得意大利国民广泛同情，而意国只是象征性地将其拘禁六个月。
一副疑似为达·芬奇作品的《裸身蒙娜丽莎》在2019年3月展出
蒙娜丽莎的微笑为什么神奇？
《蒙娜丽莎》是意大利最早的一幅半身画像。画中人物坐着并把交叠的双手搁在座椅扶手上，从头部至腰部完整的呈现出半身形体，一改早期画像只画头部或者上半身在胸部截断的构图，这为日后的画家及摄影师树立了全新的肖像图基本架构。
达·芬奇使用金字塔结构来将他画笔下的女士简单而饱满地放置在画中：她叠在一起的手构成金字塔前方的角；她的胸部、颈部和面部焕发出与其手部同样的柔软的光芒。这些有机部分光芒的变化显示出肉体的丰满与柔润，包括笑容。
对蒙娜丽莎神秘的微笑，很多学者试着探讨为什么不同的人对她的微笑会感觉不同。这些理论有科学性的，也有的从蒙娜丽莎的实际人物和感觉出发。
有人说，蒙娜丽莎的微笑只有在斜眼看的时候才看得出来；还有人称这个微笑如此捉摸不定是因为它利用了人的视觉中的干扰；提出蒙娜丽莎是米兰公爵夫人理论的人则坚信，蒙娜丽莎的微笑是如此悲伤因她的生活很悲伤，她的丈夫有权有势、却是个酒鬼并经常打她。公爵夫人曾说她是世界上“最不幸的妻子”。
心理学家西格蒙德·弗洛伊德曾将这个笑容理解为画家对母亲感性的怀念；其他人将它描述成天真的、诱媚的或出神的甚至悲伤的。但应该说明的是，达·芬奇当年的肖像画多半带有这种微笑。
2003年，哈佛大学医学院神经生物学教授玛格丽特·利文斯顿指出，蒙娜丽莎之所以看起来似笑非笑，乃因达·芬奇应用了眼睛的错觉。眼睛的中心部位一般对较亮区域敏感，而边缘则对较暗区域敏感。人一般确认笑容时主要是靠嘴唇和眼睛的形态特征判断。而达·芬奇就是利用了蒙娜丽莎嘴唇形成的阴影：当你盯着她的眼睛时你不会忽视她的嘴和眼睛，就会觉得她在微笑；而你盯着她的嘴时你会忽视她的嘴和眼睛，就会觉得她没有在微笑。
神秘的蒙娜丽莎除了以微笑著称，画中人物的眼神也相当独特。无论你从正面哪个角度赏画，都会察觉蒙娜丽莎的眼睛直视着你。这使人们感到蒙娜丽莎的眼睛仿佛是活的，会随着观众的视角游走，并对所有人抱以永恒的微笑。
《蒙娜丽莎》是第一幅将人画在一个想象的背景前的肖像画。但有意思的是，蒙娜丽莎后面的风景并不对称，人左面的风景比右面的明显低。因而，这又给画作平添几分传奇，有评论家据此声称左面的部分是后人加上去的。
被认为是达·芬奇作品的“早期蒙娜丽莎”的画作
达·芬奇的“早期蒙娜丽莎”之谜
1960年代，在美术历史学家、艺术品经纪人亨利·普利策位于伦敦一处公寓的壁炉上，出现了一幅《蒙娜丽莎》的画。这幅画据称不仅是达·芬奇亲手所绘，更是巴黎卢浮宫博物馆悬挂的《蒙娜丽莎》真作的早期版本。
有很多人确信这是千真万确的事实。而50多年后，围绕此画的所有权和作者爆发了一场激烈的争斗，《早期蒙娜丽莎》之谜，涉及“加勒比海避税天堂、瑞士银行金库、一个神秘的国际财团以及艺术界的福尔摩斯。”
一战前夕，这幅已在英国萨默塞特郡一位贵族家中放置了近100年的画作，被英格兰美术收藏家休·布莱克（Hugh Blaker）偶然看到，并引起人们关于达·芬奇画了两幅丽莎·乔孔多肖像的多年推测：一幅收藏在卢浮宫，此外就是布莱克的这一幅。
布莱克把画买下并带到他在伦敦艾尔沃斯的画室，这幅画作此后被命名为“艾尔沃斯蒙娜丽莎”。在画作几经易手后，新主人普利策于1975年把它放在瑞士一家银行的金库中，到2012年9月才向公众开放。
而据达·芬奇早年传记作者瓦萨里的陈述，前者从1503年起就着手描绘蒙娜丽莎，但是并未完成；另一幅圆满完成的“某位佛罗伦萨女士”（certain Florentine lady）画作，在达·芬奇临近去世前的1517年问世，它几乎可以肯定就是卢浮宫内悬挂的那一幅。
《艾尔沃斯蒙娜丽莎》的画中人与《蒙娜丽莎》非常相像，但是脸部看上去年轻许多，令人们猜测它就是达·芬奇早期所绘的版本。但按普利策所述，多位美术史专家一致分析其肖像的颈部比起达·芬奇画笔下的其他人物逊色，这暗示画作颈部或被人润色过。普利策咨询过的一些学者说，《艾尔沃斯蒙娜丽莎》画中肖像的手及脸部是达·芬奇亲手所绘，但其余部分应是别人完成的。
