Родился 19 марта 1949 года в Коми. Окончил Ленинградский институт культуры.
С 1972 года выступает на эстраде как сольный исполнитель с аккомпанирующим составом. Записал более 20 альбомов. Участвовал в съемках ряда телевизионных и кинофильмов, в постановках мюзиклов и рок-опер.
Народный артист России, лауреат множества профессиональных премий.
Последние несколько лет живет в США.

Песня из репертуара В. Леонтьева «Полет на дельтаплане» неоднократно исполнялась на концертах «Сургановой и Оркестра». Впервые - в передаче «Пять песен на Пятом» в феврале 2007 г. В 2009 году эта песня (авторы - Э. Артемьев и Н. Зиновьев) вошла в альбом СиО «Чужие как свои».

В начале 2008 года, в ходе телешоу «Две звезды» Диана вместе с Дятловым исполнила песню «Там, в сентябре», также из репертуара В. Леонтьева.

В конце 2009 года В. Леонтьев записал для новогоднего эфира канала НТВ песню Дианы Арбениной «Розы».

Из интервью Валерия Леонтьева:
«...Началось с того, что я на НТВ в новогоднем шоу спел арбенинские «Розы», а потом смотрю – народ-то хочет слышать… Тогда я позвонил Диане, она была в Америке: так, мол, и так, хочу попробовать попеть ваши «Розы»!
– Вы сами позвонили или попросили это сделать продюсера?
– Сам конечно. Я же знаком с правилами приличия. Мы не были знакомы, и она удивилась: «Ради Бога! Обычно когда мои песни где-то звучат, моего разрешения как-то не спрашивают. Берут себе да и поют!» Но я по-прежнему стремлюсь к какому-то идеалу в отношениях между коллегами, поэтому предпочитаю такие тонкие вещи не доверять никому, даже любимому продюсеру».