Леонид Владимирович Харитонов родился 19 мая 1930 года в Ленинграде.
Учился на юридическом факультете ЛГУ, а в 1954 году окончил Школу-студию МХАТа.
В 1954-1962 гг. и с 1963 г. — актер МХАТ, в 1962-1963 гг. — Театра им. Ленинского комсомола и театра им. А.С. Пушкина.
Получил широкую популяпность по фильмам "Школа мужества" (1954), "Васёк Трубачёв и его товарищи" (1955), "Сын" (1955), "Солдат Иван Бровкин" (1955), "Улица полна неожиданностей" (1957), "Иван Бровкин на целине" (1957) и др.

Заслуженный артист РСФСР (1972).
Умер 20 июня 1987 года.