Per la realizzazione di un'opera così complessa e ambiziosa qual è stata appunto l'Ultima Cena, Leonardo aveva eseguito molti studi, ricerche e disegni prima di giungere alla stesura definitiva della grande composizione. Alcuni di questi disegni sono fortunatamente sopravvissuti e sono conservati nella biblioteca reale del Castello di Windsor in Inghilterra dove erano giunti nel 1600 e solo successivamente ne entrò in possesso la Casa reale.

La preziosa raccolta, composta da 20 disegni eseguiti su grandi fogli, rappresenta sicuramente solo una piccola parte di un immenso lavoro preparatorio. Questa certezza la si ricava dalla considerazione che Leonardo, per poter raggiungere il massimo grado di realismo e di coinvolgimento e per poter giungere alla definizione dei volti e delle espressioni, ha eseguito vari studi dal vivo, adattandoli poi nella pittura murale a seconda dell'esigenza di caratterizzare diversamente i vari apostoli. E ciò vale anche per la varietà dei gesti, delle attitudini, dei raggruppamenti e della stessa struttura prospettica.

Il più significativo fra i disegni superstiti è il foglio n. 12542 in quanto ci trasmette le prime idee compositive della "Cena". Il foglio contiene in forma approssimativa e abbreviata due studi sulla disposizione degli apostoli. Nel primo disegno a sinistra Leonardo ripropone lo schema tradizionale con Giuda seduto da solo dalla parte opposta della mensa, mentre nello schizzo più in basso la composizione, molto più animata, é più vicina alla versione di S. Maria delle Grazie.
Altri disegni della stessa raccolta sono riferiti a studi di figure degli apostoli. Particolarmente suggestive le teste di Simone, Giacomo Maggiore, Filippo e Bartolomeo.