Получение этого заказа, условием которого является написание сюжета поклонения волхвов новорожденному Иисусу, возможно, тоже не обошлось без помощи Пьеро да Винчи, который был нотариусом и монастыря Сан-Донато.
Письменный договор на «Поклонение волхвов» показывает, что распространенной в то время практикой было платить художнику «натурой». Деньги на создание образа были пожертвованы в 1479 году фабрикантом, изготовителем седел. Основную оплату работы Леонардо, которая должна была быть выполнена в течение 24-30 месяцев, составляла треть земельного участка в Вальдельзе, расположенного между Флоренцией и Сиеной. Судя по записи, эта земля была дарована монастырю «Симоном, отцом брата Франческо». По договору монахи могли выкупить этот участок обратно — за 300 флоринов в течение трех лет. Один из параграфов договора весьма странен: Леонардо должен был выдать 150 флоринов на приданое «дочери Сальвестро ди Джованни», внучке покровителя монастыря.
Работа не была завершена, и договор был расторгнут. Но этот договор свидетельствует о том, что художники получали оплату не только деньгами. Из других документов мы знаем, что Леонардо платили и вином, и древесиной, и зерном.
Развитие инфракрасной технологии исследования живописи позволило увидеть, что скрывается под мрачной полупрозрачной коричневой краской, покрывающей поверхность полотна. Недавно проведенные уважаемым флорентийским ученым и историком искусства профессором Маурицио Серачини, который изучает работы Леонардо в течение многих лет, анализы доказали, что наброски, созданные Леонардо, были позднее покрыты слоем коричневатой краски. Судя по стилю, это дополнение было сделано не рукой Леонардо. Возможно, нужно было привести к единообразию множество различных сцен и уничтожить республиканский подтекст, который мог быть ассоциирован с иконографией изображений.
Историки много лет спорят об эскизе Леонардо к «Поклонению волхвов». Несколько эскизов общего плана, а также наброски отдельных фигур показывают, что Леонардо всякий раз несколько изменял композицию. В центре полотна традиционная сцена, как она описана в Евангелии от Матфея: поклонение волхвов, или мудрецов, Мадонне с младенцем. Волхвы окружают их и преклоняют пред ними колена. Возможно, Леонардо намеревался выстроить визуальный ряд так, чтобы перенести акцент на встречу трех мировых сил: Азии, Африки и Европы, объединенных рождением Христа и распространением христианства.
Молодому, полному вдохновения художнику могла быть интересна несколько иная интерпретация традиционной сцены. На заднем плане зритель видит сражение. Символизирует ли оно вытеснение язычества христианством? С уверенностью можно сказать одно: в этой работе Леонардо изучает изображение эмоций на лицах Святого семейства и волхвов, которые определенным образом взаимодействуют с ритмом движения на заднем плане картины.
Подготовительная работа для «Поклонения волхвов» продлилась с марта по сентябрь 1481 года, но осталась незавершенной в связи с отъездом Леонардо в Милан. Вазари так комментирует эскизы работы: «Он начал писать полотно «Поклонение волхвов», на котором мы видим множество прекрасных изображений, особенно голов…, и которое так же осталось незавершенным, как и другие его работы». Леонардо оставил во Флоренции это полотно и картину «Святой Иероним», начатую ранее. Спустя годы, когда монахи перестали надеяться на то, что Леонардо когда-нибудь закончит работу, заказ был передан Филиплино Липпи. Место действия, пейзаж и расположение фигур схожи с Эскизами Леонардо.