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 reservevannkilde etter det. 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[1]. 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.
fra WKI