Леонид Броневой родился в Киеве, 17 декабря 1928 года. В 1950 году окончил Ташкентский институт театрального искусства имени А.Н. Островского. После работал по распределению в Магнитогорском драматическом театре имени А.С. Пушкина. Затем уехал в Оренбург, где работал в местном драмтеатре.
Через некоторое время, благодаря знакомству с великим актером Алексеем Грибовым, он был принят на третий курс Школы-студии МХАТ. Однокурсниками Леонида Броневого были ставшие впоследствии известными актерами театра и кино Ирина Скобцева, Людмила Иванова, Галина Волчек, Анатолий Кузнецов.
В 1955 году, после окончания Школы-студии, Леонид Броневой снова уехал в провинцию: работал в театре имени М.Ю. Лермонтова в Грозном, потом в драмтеатре Иркутска, а с 1958 года по 1962 год — в театре имени Кольцова в Воронеже.
В 1962-1988 годах Леонид Броневой был ведущим артистом Московского драматического театра на Малой Бронной. Наиболее значительными его работами в этот период были роли в спектаклях, поставленных Анатолием Эфросом: "Женитьба" Николая Гоголя, "Ромео и Джульетта" Уильяма Шекспира, "Сказки старого Арбата" Алексея Арбузова, "Директор театра" Игнатия Дворецкого и др.
С 1988 года Броневой — в труппе театра "Ленком".
На этой сцене актер создал образы генерала Крутицкого в "Мудреце" по Александру Островскому, доктора Дорна в "Чайке" Антона Чехова, герцога Норфолка в "Королевских играх" Григория Горина, слуги Потапыча в "Варваре и еретике" по "Игроку" Федора Достоевского, Соседа (Отца) в "Плаче палача" по мотивам пьес Фридриха Дюрренматта и Жана Ануя и др.
Среди последних работ актера — роли в спектаклях "Женитьба" Николая Гоголя, "Вишневый сад" Антона Чехова, "Королевские игры" Григория Горина.
Работа в кино
В кино Леонид Броневой дебютировал в 1964 году ролью жандармского полковника в фильме "Товарищ Арсений". Особую популярность и любовь зрителей актер завоевал после исполнения роли Мюллера в легендарном 12-серийном телефильме "Семнадцать мгновений весны" (1973). Роль Мюллера стала "визитной карточкой" Леонида Броневого.
Среди других известных работ актера в кино — фильмы «Агония» (1974), "Вооружен и очень опасен" (1977), "Тот самый Мюнхгаузен" (1979), "Покровские ворота" (1982), "Формула любви" (1984) и др.
Броневой также снимался в картинах "Твой современник" (1967), "Исполняющий обязанности" (1973), "Врача вызывали?" (1974), "Прошу слова" (1975), "Похищение "Савойи" (1979), "Какие наши годы! " (1980), "Возвращение резидента" (1982), "Конец операции "Резидент" (1986), "Чичерин" (1986), "Загадочный наследник" (1987), "Большая игра" (1988), "Небеса обетованные" (1991), "Старые молодые люди" (1992), "Итальянский контракт" (1993), "Маленькая королева и другие" (1996).
В 2012 году на гастролях Леонид Броневой пережил инфаркт, что сказалось на состоянии здоровья мастера. В 2014 году Броневой вышел на сцену "Ленкома" в спектакле "Вишневый сад" в роли Фирса.