Леонид Млечин родился 12 июня 1957 года в Москве в писательской семье. Печататься начал в 1973 году в газете «Пионерская правда». Окончил международное отделение факультета журналистики МГУ им. М.В. Ломоносова.
В 1979-1993-м работал в еженедельнике «Новое время», последняя должность — заместитель главного редактора. В 1993-1996-м — в газете «Известия», заместитель главного редактора, куратор международного раздела.
Одновременно с октября 1994 года вел на Российском телевидении (второй канал) международные программы «Де-факто», «Мир без границ». В 1996 году окончательно ушел на телевидение, политический обозреватель ВГТРК.
В 1997 году перешел в телекомпанию «ТВ Центр». Вел еженедельную программу «Особая папка». Для «Особой папки» были характерны серьезность анализа и насыщенность информацией. Первостепенное значение придавалось поиску редких документальных кадров. Многие фильмы из «Особой папки» вышли на DVD, куплены другими телевизионными каналами, вновь и вновь выходят в эфир. Программа «Особая папка» в 2000 году была удостоена премии мэра Москвы, в 2001-м премии Союза журналистов России и гран-при Международного телекинофорума в Ялте «Вместе».
Параллельно три с лишним года выступал с ежедневным политическим комментарием в вечерней программе новостей ТВ Центра.
Л. Млечин увлеченно, увлекательно и страстно работает в кадре. Он вел ток-шоу «Версты» (2003-2006 годы) и программу «Еще не поздно» (2012 год) на канале «ТВ Центр». На «Пятом канале» он был соведущим очень популярной программы «Суд времени» (Пятый канал, 2010 год), которая вызвала большой резонанс в обществе и которую многие критики занесли в список лучших программ года. На канале «Россия» вел ток-шоу «Загадка судьбы» (2015 г.).
С 2014 года руководит дирекцией историко-публицистических программ Общественного телевидения России. Снимает фильмы на историческую тематику, ведет еженедельную программу «Вспомнить все»..
Главный профессиональный интерес Л. Млечина — документалистика. По его сценариям сняты сотни исторических фильмов, в основном посвященных политической истории нашей страны. Они вызывали и вызывают неподдельный интерес зрительской аудитории. Работы Л. Млечина отличают глубина анализа, точность в изложении исторических фактов, увлекательность и способность проникнуть в характер своих героев — крупнейших политиков ХХ столетия. Его исторические изыскания играют важную роль в познании и понимании истории Отечества.
Дважды (в 2007 и 2009 годах) профессиональное сообщество отмечало его премией ТЭФИ за лучший сценарий документального фильма. В 2015 году ему вручили Специальный приз Академии Российского телевидения — «за вклад в развитие российского телевидения». Правительство Российской Федерации в 2014 году удостоило телепрограмму «Документальное кино Леонида Млечина» премией в области средств массовой информации. Он отмечен высшей наградой Союза журналистов России — премией «Золотое перо России» — «за выступления на историческую тему в прессе, на радио и телевидении» (2014 год). За большой вклад в развитие отечественного телевидения награжден орденом Дружбы (2011 год), медалью ордена «За заслуги перед Отечеством» II степени (2007 год), заслуженный работник культуры Российской федерации.
Несколько лет Л. Млечин был постоянным гостем в популярной рубрике «Особое мнение» на радиостанции «Эхо Москвы». Ведет еженедельную историческую колонку в газете «Московский комсомолец». Избран в палату медиа-сообщества Общественной коллегии по жалобам на прессу.
Леонид Млечин — член Союза писателей с 1986 года, начинал с детективной прозы и был удостоен премии Московского комсомола в области литературы и искусства. И сейчас пишет политические детективы и остросюжетные рассказы. По его сценариям снимались короткометражные художественные фильмы, в некоторых он играл сам («ТВ Центр» с 1997 по 2005 год показывал его детективный сериал «Поздний ужин). И он даже снялся в популярном телесериале «На углу у Патриарших» (НТВ, 1995 г.).
Эссеист, мастер политической биографии и исторического расследования, Л. Млечин — автор сотни книг документальной прозы, издаваемой в нашей стране и переводимой за рубежом. Особой популярностью пользуются его книги о руководителях органов госбезопасности и министрах иностранных дел, биографии руководителей нашей страны от Ленина до Путина.
В 2017 году премия за лучшие произведения научно-популярной литературы «Просветитель» в специальной номинации, посвященной столетию Октябрьской революции в России и десятилетию премии «Просветитель», присуждена аудиокниге Леонида Млечина «Подлинная история революции, или Стальной оратор, дремлющий в кобуре. Что происходило в России в 1917 году» (АРДИС, 2017).
С осени 2017 года Леонид Млечин ведет свой канал на Youtube под названием «История Леонида Млечина».
