Леонид Федорович Быков родился 12 декабря 1928 года в селе Знаменское Славянского района Донецкой области. С детства он мечтал об авиации и дважды поступал в летные училища. Первый раз — в Барнауле (в 1943 г., в эвакуации), но там его «разоблачили» из-за приписанного себе возраста и маленького роста (на тот момент 136 см). Второй раз — в Ленинграде (в 1945 г.), во 2-ю спецшколу для летчиков. Там он даже проучился месяц, но война уже заканчивалась и училище расформировали… Тогда Леонид Быков и решил стать артистом, правда, конкурс в Киевскую школу актера он не прошел. Однако экзамены в Харьковский театральный институт сумел сдать. После окончания театрального института Леонид Быков в 1951−60 годах работал в Харьковском театре им. Шевченко.
В кино свою первую роль он сыграл в 1952 году в фильме «Судьба Марины». Благодаря успеху картины у зрителей молодого актера заметили, и в 1954 году режиссеры Александр Ивановский и Надежда Кошеверова пригласили Леонида Быкова на большую роль Пети Мокина в фильме «Укротительница тигров». Следующей — и сразу полюбившейся зрителям — стала заглавная роль в картине «Максим Перепелица». В числе лучших ролей Леонида Быкова в кино можно назвать Богатырева («Дорогой мой человек», 1958), Акишина («Добровольцы», 1958), Алешки («Алешкина любовь», 1961), Гаркуши («На семи ветрах», 1962). После выхода на экраны «Алешкиной любви» Леонид Быков уехал в Ленинград, где на «Ленфильме» ему дали возможность попробовать себя в кинорежиссуре — и после короткометражки его режиссерским полнометражным дебютом стала лирическая комедия «Зайчик» (1965), где Леонид Быков исполнил и главную роль. Фильм, впрочем, оказался не слишком удачным. Начался не самый лучший этап в его жизни и творчестве — ставить фильмы не давали, снимался актер мало, стараясь не участвовать в явных киноподелках. Вскоре он переехал обратно на Украину, где работы талантливому актеру тоже не находилось. Созданный в конце 60-х годов вместе с Евгением Оноприенко и Александром Сацким сценарий фильма о летчиках Леонид Быков пробивал на студии имени Довженко несколько лет — киноначальники считали сценарий «не героическим». Но в конце концов, в 1972 году, Быков начал снимать фильм, ставший одним из лучших фильмов о Великой Отечественной войне в советском кино — «В бой идут одни «старики». В этой картине Леонид Быков сыграл также главную роль — комэска Титаренко.
В 1977 году режиссер поставил еще один фильм о войне — «Аты-баты, шли солдаты…», в котором он также сыграл одну из ролей — ефрейтора Святкина. После двух прекрасных картин о войне Леонид Быков решил снять фильм «Пришелец», и съемки этой фантастической картины начались в 1978 году. Но… 11 апреля 1979 года под Киевом Леонид Быков погиб в автомобильной катастрофе.