Предполага се, че Левочево е основано през 16-ти век от българи бегълци, при първото голямо помохамеданчване. Според някои краеведи името на селото идва от старобългарската дума хлев – обор, а според други от името на първия заселник – Левочев.

Подробности за живота на селото през 17-ти и 18-ти век няма много. През 19-ти век обаче настъпва напредък в развитието на населението. Основен и солиден източник на доходи за среднородопските села (вкл. и Левочево) през този век, чак до 1912 г. е овцевъдството и поредицата занаяти свързани с него - преработване на вълна, мляко и месо до съответните крайни продукти - платове, сирене, масло.

През 19-ти век селото е било до голяма степен защитено от големи своеволия и жестокости на турците. Това от една страна е заслуга на първенците на селото, напр.имер на изключително богатия чорбаджия - Илия Моллаиванов. Той търгувал из цялата империя и притежавал солидни връзки с официалните власти, както в Ахъ-Челеби (Смолян), така и в Пловдив, Беломорието и Цариград. Неведнъж е защитавал селото от всякакви надвиснали заплахи от страна на империята, а също и от гръцкото духовенство. От друга страна, местните хайдути (по-късно наричани и комити), които без да го крием паралелно са се занимавали и с чисто разбойничество, са осигурявали и някаква защита на селяните от турски бандити. Благодарение на тези си защитници, може да се каже че селото е спасено от опожаряване и безчинства след Априлското и Илинденско-Преображенското въстания, когато настървените турци беснеят из много родопски села.

Съгласно Берлинския договор от 1878 г., селото остава в турско, само на няколко километра от тогавашната граница с България.  То е освободено през есента на 1912 г. по време на Балканската война от войските на полк. Владимир Серафимов.  По ирония на съдбата именно след Освобождението настъпват едни от най- тежките времена за жителите. По разкази на стари хора настъпва незапомнен дотогава глад. През Първата световна война селото дава редица жертви, в чест на които в центъра е поставена паметна плоча.

През периода от 1912 г. до към средата на 30-те години, българските правителства умишлено са пренебрегвали икономическото, инфраструктурното и културното развитие на целия район.  Едва в края на 30-те започват някакви организирани действия на държавата, предимно в посока подобряване на материалната база на училищата и на разнебитените тесни пътища, които стават по-интензивни през периода 1941-1944 г. Тогава Левочево се оказва по средата на най-късото разстояние между новообразуваната Беломорска област и вътрешността на страната. През 1939 г. в селото е построена новата, голяма и модерна за времето си сграда на училището.

В първите 15-20 години след 1944 г., в контекста на тогавашното политическо положение на новата власт, Левочево като цяло приема комунистическата власт.

През 60-те години в селото е построен санаториум за силикозно и туберкулозно болни, поради изключително благоприятния климат и чистотата на околната среда. До 1992 г., когато е закрит, в този санаториум работят много жители на селото като обслужващ персонал.

През последните 5-6 години, макар и много бавно и мъчително, се наблюдават наченки за развитието на туризма в селото. Построени са няколко вилни селища, играден  е и нов път, свързващ както тях, така и самото село директно с Пампорово.