Emmanuel Schickaneder, directeur du Theater an der Wien (Autriche) et librettiste, soumet en 1803 une commande à Beethoven pour composer un opéra à partir de l'un de ses livrets. Le compositeur entre en résidence dans le théâtre viennois et commence à travailler sur Le Feu de Vesta (Vestas Feuer), projet qu'il abandonne rapidement. Avec la nomination du nouveau directeur Peter von Braun en 1804, un nouveau contrat est conclu pour que le compositeur écrive Leonore : l'opéra est basé sur une traduction de Joseph Sonnleithner de l'opéra Léonore, ou L'amour conjugal (1798) de Pierre Gaveaux. Le livret français rédigé par Jean-Nicolas Bouilly avait connu par ailleurs deux adaptations en italien pour les opéras de Simon Mayr (1805) et Ferdinand Paër (1804), dont Beethoven possédait un exemplaire.

Avant d'appeler son premier opéra Fidelio, Beethoven en composa trois versions : la première, sous le nom de Léonore, fut composée entre 1804 et 1805 et créée le 20 novembre 1805 au Theater an der Wien devant un parterre exclusivement composé de soldats français. Vienne était occupée par les troupes napoléoniennes, et une grande partie de l'aristocratie qui soutenait Beethoven avait fui la ville. Le compositeur décide alors de remanier Léonore en une deuxième version réduisant les trois actes à deux : l'opéra avait été jugé trop long en 1805 et fait l'objet de modifications importantes apportées par le librettiste Stephan von Breuning. Beethoven compose par ailleurs une nouvelle ouverture de l'opéra. Créée le 23 mars 1806, la deuxième version de l'ouvrage ne remporte qu'un succès modéré et sera retirée de la programmation du Theater an der Wien à l'issue de la deuxième représentation. En 1807, l'opéra est repris au Théâtre National de Prague et Beethoven compose une nouvelle ouverture à cette occasion, sans pour autant que cela ne constitue une nouvelle version de l'opéra. Ce n'est qu'en 1814 que Beethoven se voit offrir l'occasion de redonner son opéra et le révise une dernière fois avec le librettiste Georg Friedrich Treitschke. Cette fois-ci, Fidelio est créé le 23 mai 1814 au Kärntertheater et triomphe enfin auprès du public viennois. Cette troisième version de l'opéra est communément appelée Fidelio, par opposition à celles de 1805 et 1806 (Léonore I et Léonore II).

La remise en cause par certains critiques des qualités de Beethoven dans la composition lyrique et les nombreux remaniements successifs nécessaires pour que Fidelio obtienne le succès escompté expliquent que Beethoven n'ait composé qu'un seul opéra. Malgré une genèse tumultueuse, cet ouvrage lyrique représente une étape capitale dans l'émergence de l'opéra germanique au XIXe siècle, faisant le pont entre les Singspielen mozartiens de la fin du XVIIIe siècle (et en particulier La Flûte enchantée de 1791) et les premiers opéras romantiques de Carl Maria von Weber (Freischütz de 1821 et Obéron créé en 1826).