Народный артист РСФСР (1972).

Его мать Евдокия Ивановна Атманаки, гречанка-эллинка, происходила из семьи греков, осевших в Крыму в середине 19 века; отец, Владимир Митрофанович Литвинов, родом был из кубанских казаков, проживавших в адыгейской станице. 
Учился в ЦЕТЕТИСе (курс А. П. Петровского). В период с 1926 по 1930 год работал актёром в Театре имени МГСПС, затем в Смоленском театре, где играл роли Жадова и Овода.
С 1933 по 1941 год - актёр Московского театра им. Ленсовета, затем - Студии Малого театра, Московского театра имени Ленинского комсомола. Исполнил небольшую роль в фильме "Пётр Первый" (1937 год).

С 1932 года стал работать на радио сначала как актёр, а в дальнейшем (с 1938 года) и как режиссёр вещания для детей. С 1947 года и до конца своих дней был главным режиссером Главной редакции радиовещания для детей. Стал всенародно известен как мастер и организатор детского радиовещания. Его работы отличались новизной, искренностью и мягкостью интонаций.
Среди наиболее известных работ: "Золотой ключик, или Приключения Буратино" (1949 год, по сказке А. Н. Толстого), где сыграл все роли; «Стойкий оловянный солдатик» (по сказке Андерсена); «Сказка о золотой рыбке» А. Пушкина, «Лягушка-путешественница» Н. Гаршина, «Школа», «Судьба барабанщика» и «Дальние страны» (по А. П. Гайдару); «История о том, как поссорились Иван Иванович с Иваном Никифоровичем» (по Н. В. Гоголю); «Огневушка-поскакушка», «Синюшкин колодец» и другие (по сказам Бажова) и т. д. 

За свою творческую жизнь поставил сотни радиоспектаклей и провел тысячи радиопередач («Сказка за сказкой», «Моя любимая книжка», «Радиотеатр “Малыш”», «В стране литературных героев», «В детском радиотеатре», «Почтальон принес письмо», «Лесная радиогазета», «Путешествие по любимой Родине», «Клуб знаменитых капитанов»). Многие до сих пор помнят «Радионяню», которая также создавалась под его руководством (с 1972 года).

Последнюю радиозапись сделал 24 декабря 1987 года, а 27 декабря его не стало.
Похоронен на Ваганьковском кладбище Москвы.

Дочь — актриса, мастер художественного слова Наталия Николаевна Литвинова (1941—2012), заслуженная артистка России.