Леонид Сергеевич Броневой родился 17 декабря 1928 года в Киеве. С детства Леонид планировал стать музыкантом, а не актером. Занимался музыкой, учился играть на скрипке. Отца Леонида звали Соломон. Но после того как его репрессировали, мать поменяла мальчику отчество, чтобы избежать ссылки. Впрочем, эта мера оказалась напрасной, семья все равно была сослана в Кировскую область, где они и прожили почти до начала Великой Отечественной войны.
В войну Броневых эвакуировали в Чикмент. Там Леонид начал работать, а после войны уехал в Ташкент и поступил в театральный институт.
После института актера отправили по распределению в театр Магнитогорска. В 1953 году молодой Броневой приехал покорять Москву. Там его приняли сразу на третий курс Школы-студии МХАТ. Однако после нее Броневой в столице не остался, а играл в театрах в самых разных концах страны: в Грозном, Иркутске, Воронеже.
В Москву актер вернулся лишь семь лет спустя. И стал ведущим актером сначала драмтеатра на Малой Бронной, затем Ленкома.
Настоящую популярность актеру принесла не театральная сцена, а роль Мюллера в ленте «Семнадцать мгновений весны». Запомнились зрителям и персонажи Броневого из «Формулы любви» и «Покровских ворот».
За свой вклад в отечественную культуру Леонид Броневой был удостоен звания народного артиста СССР, ордена «За заслуги перед Отечеством» II, III и IV степени, государственной премии и премии «Ника».