Окончил ВГИК (1955, мастерская Бориса Бибикова и Ольги Пыжовой). С 1956 года - актёр Киевской киностудии им. А.П. Довженко. Актёр огромного дарования, из тех, что называют "самородками". Как комета, промчался по экранам в конце 1950-х. Сыграл Парфена Рогожина в пырьевском "Идиоте", после чего о нем заговорили буквально все. Затем Красильникова в рошалевском "Хождении по мукам". И, наконец, в фетинском "Жеребёнке" (по Шолохову). Казалось, его ждала блестящая карьера. Но все надежды рухнули. Пархоменко стали предлагать небольшие "бандитские" роли. Самая известная из которых - Фролов в ленте Семёна Туманова "Ко мне, Мухтар" (на съемках Леонид чуть сам не погиб от зубов этого пса). Постепенно актёр начал пить. Умер 13 января 1975 года. Похоронен на 115 участок Хованского (Центрального) кладбища.
