Леонид Гайдай родился в 1923 году в городе Свободный. Его отец, Иов Исидорович Гайдай (ум. в 1965) был железнодорожным служащим, уроженцем Полтавщины. Мать, Мария Ивановна была родом из Рязанской области. У Леонида Гайдая были брат Александр и сестра Августа. Вскоре семья перебралась в 1923 году в Читу, а затем — в Приангарье, в Иркутск, где проживала в привокзальном районе Глазково. Гайдай учился в Иркутской железнодорожной школе № 42.
Леонид Гайдай принимал участие в Великой Отечественной войне. В 1942 году Леонид Гайдай пошел служить в армию. Первоначально его служба проходила в Монголии, где он объезжал лошадей, предназначенных для фронта. Но вскоре его отправили на Калининский фронт. Так как в школе он учил немецкий язык, его определили в разведку. Совершив несколько рейдов по фашистским тылам, сержант Леонид Гайдай во время одного из них подорвался на мине. Ему дали вторую группу инвалидности и комиссовали.  В 1947 году окончил театральную студию при Иркутском областном драматическом театре (ныне — Иркутский академический драматический театр имени Н. П. Охлопкова), работал осветителем, актёром.
В 1949 году поступил на режиссёрский факультет ВГИК, который закончил в 1955 году. Режиссерский факультет был выбран неслучайно. Леониду Иовичу было, что сказать зрителям. И все вокруг как-то сразу поверили в его гениальность. Он пришел в институт худой, раненый, молчаливый. При нем боялись сказать глупость, кожей чувствовали какое-то особенно превосходство, которого он сам не замечал. Там же он познакомился с будущей женой - Ниной Павловной Гребешковой, с которой прожил сорок лет. Сценарии к своим фильмам Леонид Гайдай почти всегда писал самостоятельно. Многие фразы из гайдаевских кинокомедий оказались «крылатыми». Детективная кинокомедия Леонида Гайдая — «Бриллиантовая рука» с Юрием Никулиным в прокате заняла первое место. В 1970-х занимался экранизациями классических произведений (И. Ильф и Е. Петров, М. Булгаков, М. Зощенко, Н. Гоголь). В 1981—1988 гг. Гайдай снимал в основном сюжеты для киножурнала «Фитиль».
Скончался 19 ноября 1993 года в Москве. Похоронен на Кунцевском кладбище в Москве.
В некоторых своих фильмах Леонид Гайдай появлялся в камео. Как правило, он не указан в титрах. В большинстве из этих эпизодических ролей отражены элементы его биографии. Камео Леонида Гайдая:
«Пёс Барбос и необычный кросс» — медведь в вырезанной сцене. Когда «Трус» вбегал в какой-то шалаш, а выбегал из него без штанов, по сценарию из шалаша должен был вылезти медведь со штанами в лапах. Бюджет короткометражки не предусматривал работы с живым медведем, поэтому Никулин достал где-то чучело медведя, которое надели на Гайдая. Позже Гайдай сам вырезал сцену из-за её ненатуральности.
«Операция «Ы» и другие приключения Шурика».
Новелла «Напарник» — один из граждан алкоголиков-тунеядцев-пятнадцатисуточников, который говорит фразу «Огласите весь список, пожалуйста!». Эта фраза взята из жизни Гайдая. В 1942 году его, стремившегося на фронт, отправили служить в Монголию, а когда всё-таки потребовался новый набор, Лёня на каждый род войск — кавалерия, флот, пехота — выкрикивал: «Я!» На что комиссар ответил: «Подождите вы, Гайдай. Дайте огласить весь список».
Новелла «Наваждение» — в начальных кадрах выходит из института.
«Бриллиантовая рука» — появляется 3 раза: Гайдай — архивариус Варфоломей Коробейников.
В массовке, когда берут интервью у Семёна Семёныча.
В сцене сна Козодоева отрезанная рука Семён Семёныча принадлежит Гайдаю.
Пьяный, которого показывают только по бёдра, — это тоже Гайдай, но его озвучивал Георгий Вицин.
«12 стульев» — самая заметная среди ролей Гайдая — архивариус Варфоломей Коробейников.
«На Дерибасовской хорошая погода, или На Брайтон-Бич опять идут дожди» — последнее камео. Сумасшедший (вдова Гайдая, Гребешкова, говорила, что пьяный) лудоман в жёлтой рубашке, которого выносят из казино, когда туда заходит герой Харатьяна. Гайдай под конец жизни на самом деле увлекся игровыми автоматами и проигрывал большие суммы денег.