Store Leirsjøen eller Stor-Leirsjøen ligger i Leirelvvassdraget i Trondheim bymark. Leirsjøen var opprinnelig adskilt fra Frøsetvatnet i øst, men ved oppdemmingen i 1929 fløt vannene sammen. Leirsjøen var drikkevannskilde i årene 1922 til 1993, og deretter reservevannkilde til 2016. Av denne grunn har det ikke vært tillatt å fiske i vannet. Resultatet er en stor bestand av småfallen ørret og røye. Ved prøvefiske var gjennomsnittsstørrelsen i fangstene omkring 100 gram. Det finnes også trepigget stingsild i vannet. Dessuten har bever tilhold i vannet.
Vannet har tilsig fra Litl-Leirsjøen i vest, og utløp til Leirelva mot øst.
Referanser NTNU om vassdragene i Bymarka, gjengitt på www.bymarka.no
Kategori:Innsjøer i Trondheim Kategori:Bymarka Kategori:Drikkevannsreservoarer i Norge