Валерий Леонтьев родился в одном из сел Коми 19 марта 1949 года. Родители жили на севере по работе, потом переехали в Ивановскую область. Валерий хотел быть актером и пытался поступать в ГИТИС, но сверстники застыдили за ивановский говор, и он забрал документы. Вернулся домой, работал подсобным рабочим.
«Был почтальоном, разнорабочим, тесемщиком-смазчиком на льнопрядильной фабрике. Последняя профессия — одна из самых грязных <...> Потом несколько лет отмывался», — вспоминал певец.
Перебрался к сестре в Воркуту, учился на горного инженера. Параллельно начал «петь во всех самодеятельностях, какие только там были». Признавался, что музыка стала для него наркотиком. В итоге давал концерты по местным «леспромхозам» и «лесосплавам», порой выступая перед рабочими в жуткие морозы.
Только в 30 лет Леонтьеву улыбнулась удача — он выиграл всесоюзный конкурс в Ялте и познакомился со знаменитым композитором Давидом Тухмановым, который подобрал ему песни и помог раскрутиться. Свои песни Леонтьев не сочиняет, говоря, что ему «лучше быть выразителем чьих-то идей».
Советская власть одно время мешала Леонтьеву выступать, ему не разрешали проводить концерты в Москве, так как исполнитель выглядел и вел себя слишком нестандартно. С тех пор, по словам Леонтьева, он старается на каждом концерте выкладываться «как в последний раз»:
«Если ты вышел на сцену, то сделай милость, работай на ней как в последний раз. Вдруг завтра тебя кто-нибудь закроет. Найдется какой-нибудь начальник, который скажет: «Не пущать!». Поэтому, когда я выхожу на сцену, то отрабатываю по максимуму».
Женат, детей нет. Супруга живет в Майами, у певца там дом. Говоря о своем возрасте, Леонтьев признавался, что хотел бы встречать юбилеи, «лежа на пляже и принимая подарки».
В день рождения Леонтьев объявил об уходе со сцены: «Жанр, на который я положил полвека, не терпит дряхлости. Я сделал в 2019 году, на свое 70-летие, шоу в Москве в Кремле, в Питере в «Октябрьском» и ушел без выколачивания денег из публики на прощальных турах. Без соплей и слез».