Отец, Иов Исидорович Гайдай, был железнодорожным служащим, уроженцем Полтавщины. Мать, Мария Ивановна была родом из Рязанской области. У Леонида Гайдая была сестра Августа.

Леонид Гайдай принимал участие в Великой Отечественной войне, имел тяжёлое ранение, после которого его комиссовали.

В 1942 году Леонида Гайдая призвали в армию, сначала его отправили в мирную Монголию, из которой он всеми силами пытался вырваться в действующую армию. Когда военком приехал в их полк за пополнением для фронта, позднее вспоминал режиссер, то на каждый вопрос офицера Гайдай отвечал: «Я». «Кто в артиллерию?» - «Я», «В кавалерию?» - «Я», «Во флот?» - «Я». «Да подождите вы, Гайдай, - сказал военком, - Дайте огласить весь список». Из этого случая, по словам самого Гайдая, через много лет родился эпизод фильма «Операция «Ы» и другие приключения Шурика».

Гайдай сам нередко снимался в своих фильмах. Как правило, это крошечные эпизоды, но в «12 стульях» режиссёр снялся в роли Варфоломея Коробейникова - просто он не смог найти подходящего актёра на эту роль.

Умер от тромбоэмболии лёгочной артерии.