Родился 18 сентября 1933 года в селе Голуметь Восточно-Сибирского края (ныне - Иркутской области).

Заслуженный артист РСФСР (20.12.1967).
Народный артист РСФСР (1986).

В 1950 году был солистом Иркутской филармонии.
В 1952-1955 гг. - студент музыкального училища при Московской Государственной консерватории.

В 1953 году настало время службы в армии, и Леонида Харитонова зачислили в Дважды Краснознаменный академический ансамбль песни и пляски Российской армии им. Александрова артистом хора, которым и пробыл до 1965 года. За время службы успел окончить Институт им. Гнесиных (1953—1956).

В 1965 году стал солистом ансамбля им. Александрова.

В 1972 году, после почти двадцатилетнего периода работы с ансамблем Александрова, Харитонов начал солировать в Московской государственной филармонии (до 1998 года).

Ушёл из жизни 19 сентября 2017 года.