Родился 26 января 1960 г. в г. Череповце (Вологодская область) в семье Геннадия Викторовича Парфенова (1931-2004) и Альвины Андреевны Шматининой (род. 1931). Его отец был главным специалистом по электротехническим сталям Череповецкого металлургического комбината. Мать работала учительницей истории.
В 1982 г. Леонид Парфенов окончил факультет журналистики Ленинградского государственного университета им. А. А. Жданова (ныне - Санкт-Петербургский государственный университет).
С 1983 г. работал корреспондентом в газете "Вологодский комсомолец", затем - на Вологодском областном телевидении.
В 1986 г. переехал в Москву, где стал специальным корреспондентом главной редакции молодежных программ Центрального телевидения (ЦТ) Гостелерадио СССР. Работал в программах "Мир и молодежь", "Пресс-клуб".
В 1987 г. вместе с Андреем Разбашем создал трехсерийный документальный фильм "Дети XX съезда" об эпохе "оттепели" и поколении шестидесятников (вышел в эфир лишь летом 1989 г. на Второй программе ЦТ).
С 1988 г. Леонид Парфенов работал в первой российской негосударственной телекомпании "Авторское телевидение" (АТВ). В 1990-1991 гг. вел на Второй программе ЦТ еженедельную авторскую программу неполитических новостей "Намедни" (производство АТВ).
В 1992-1993 гг. создал цикл документальных телефильмов "Портрет на фоне" (1-й канал "Останкино"). Их героями стали политик Александр Руцкой, писатель Василий Белов, актер Евгений Леонов, певцы Муслим Магомаев, Алла Пугачева и др.
С 1993 г. Леонид Парфенов работал в штате телекомпании НТВ. В 1995-1998 гг. был одним из ведущих информационного ток-шоу "Герой дня".
В 1997-2003 гг. - автор и ведущий цикла документально-публицистических программ "Намедни. Наша эра". Их сюжеты были посвящены различным событиям истории СССР и России во второй половине XX века и начале XXI века.
В 1997-1999 гг. Леонид Парфенов являлся главным продюсером и членом совета директоров телекомпании НТВ.
В 2001 г., после смены руководства телекомпании, остался работать на НТВ. В 2001-2004 гг. - автор и ведущий еженедельной информационно-аналитической передачи "Намедни".
В 2004-2007 гг. Леонид Парфенов являлся главным редактором журнала "Русский Newsweek".
В середине 2000-х - первой половине 2010-х гг. на Первом канале вышел ряд его документальных фильмов. В их числе: "Ведущий" (2004, о тележурналисте Владимире Познере), "О мир, ты - спорт!" (2004, о летних Олимпийских играх 2004 г. в Афинах), "Люся" (2005, об актрисе Людмиле Гурченко), "Птица-Гоголь" (2009, о писателе Николае Гоголе), "Хребет России" (2010, о природе, истории и культуре Урала), "Цвет нации" (2013, о фотографе Сергее Прокудине-Горском). В 2016-2017 гг. в прокат выходил трехсерийный документальный цикл Леонида Парфенова "Русские евреи". В 2018 г. журналист начал работу над документальным циклом "Русские грузины". Премьера его первой серии намечена на февраль 2020 г.
С 2018 г. Леонид Парфенов выпускает на видеосервисе YouTube авторское шоу "Парфенон". В марте того же года возобновил на одноименном YouTube-канале выпуск программы "Намедни". Впоследствии он был продолжен на сервисе "Яндекс.Эфир".
Член Академии российского телевидения. Входит в состав попечительских советов Благотворительного фонда Константина Хабенского и Благотворительного фонда "Друзья".
Являлся членом Совета по развитию гражданского общества и правам человека при президенте РФ.
Соучредитель некоммерческого партнерства "Копирус".
Удостоен специального приза ТЭФИ (2004). Обладатель ряда профессиональных премий в области журналистики.
Автор книг "Нам возвращают наш портрет. Заметки о телевидении" (1990, с Еленой Чекаловой) и "Зворыкин Муромец" (2011), а также серий книг "Намедни. Наша эра" (с 2009 г. вышло восемь книг о советском и постсоветском периоде) и "Российская империя" (с 2013 г. вышло три книги).
Женат. Супруга - Елена Чекалова (род. 1967, журналист). Сын - Иван (род. 1988), дочь - Мария (род. 1993).