Родился 26 января 1960 года в Череповце Вологодской области в семье заслуженного инженера-металлурга, кандидата технических наук, и учительницы. В 1983 году окончил факультет журналистики Ленинградского госуниверситета.
Публиковался в центральной печати (журнал "Огонек", газеты "Правда", "Советская культура"), газете "Вологодский комсомолец". С 1983 года — корреспондент газеты "Вологодский комсомолец", затем — Вологодского областного телевидения. С 1986 года спецкор Главной редакции молодежных программ ЦТ Гостелерадио СССР, работал в программах "Мир и молодежь", "Пресс-клуб". С 1988 года работал на "Авторском телевидении". С 1990 по 1991 год выпускал еженедельную авторскую программу неполитических новостей "Намедни". В 1992 году вместе с Константином Эрнстом и Игорем Угольниковым участвовал в создании продюсерской фирмы "Мастер-ТВ". С ноября 1993 года — в телекомпании НТВ, ведущий программы "Намедни — неполитические новости за неделю". С октября 1995 года вел ток-шоу "Герой дня". С 18 апреля 1997 года по март 1999 года — главный продюсер НТВ. С марта 1997 года — ведущий публицистической программы "Намедни", с декабря 1997 года — член совета директоров компании. 3 апреля 2001 года отказался войти в СД НТВ при новом собственнике — "Газпром-медиа". 6 апреля 2001 года в открытом письме руководителю телекомпании Евгению Киселеву заявил об уходе с НТВ, однако 16 апреля вошел в состав нового редакционного совета компании. С 2001 года — член правления НТВ. С 9 сентября 2001 года — автор и ведущий воскресной программы "Намедни". С февраля 2003 года — руководитель программы "Страна и мир".
2 июня 2004 года гендиректор НТВ Николай Сенкевич уволил Парфенова с канала "в связи с нарушением трудового договора, обязывающего поддерживать политику руководства телекомпании". Поводом послужило распоряжение замгендиректора НТВ Алексея Герасимова о снятии с эфира "Намедни" интервью вдовы чеченского лидера Зелимхана Яндарбиева. Выступивший против этого решения Леонид Парфенов передал текст распоряжения в Ъ, что и вызвало гнев руководства телекомпании.
Соавтор сценария шоу "Старые песни о главном" на ОРТ, автор циклов "Намедни. 1961-1991" и "Намедни. 1991-2001", "Российская империя", многих телевизионных исторических и документальных фильмов. Член Академии российского телевидения. Лауреат премии Союза журналистов РФ "Золотое перо" (2001), премий ТЭФИ (2000, 2002 и 2004).
Владеет английским языком. Женат, супруга Елена Чекалова — журналист. Сын Иван (учится в Англии) и дочь Маша. Младший брат Владимир — бизнесмен.