Leonidas Pimonovas gimė 1908 m. liepos 18 d. tuometinės Rusijos imperijos Orenburgo mieste, turtingoje sentikių šeimoje.

Jo tėvas, Vasilijus Pimonovas, kartu su šeima tuo metu valdė didelę medžio apdirbimo įmonę Orenburge, buvo statybų rangovas ir pirklys. Tačiau pagrindinės šeimos investicijos ir gyvenimo vieta buvo Lietuvos, tuometinės Lenkijos teritorijoje.

1918 m. po bolševikų perversmo Rusijoje L. Pimonovo šeima buvo priversta trauktis iš Rusijos, turtas nacionalizuotas. Šeima kurį laiką gyveno Kaukazo regione. Ten įvyko didelė nelaimė- nuo dėmėtosios šiltinės mirė Leonido tėvas Vasilijus Pimonovas. Leonido motina su trimis vaikais vertėsi sunkiai – motina sunkiai sirgo, vaikai badavo. Tik 1921 m., specialiu bolševikų valdžios nutarimu, jiems buvo leista išvykti į Lietuvą, kadangi tuometinėje Lietuvoje gyveno artimiausi giminaičiai – senelė, dėdės ir kt. Tai juos išgelbėjo nuo bado mirties.

Tarpukaryje Leonidas Pimonovas visą laiką gyveno Vilniuje, čia baigė gimnaziją, o 1937 m. –Vilniaus Stepono Batoro universitetą, matematikos ir gamtos mokslų fakultetą. Studijų metu sutiko savo būsimą žmoną – Eugeniją Starčevską.

Lietuvą okupavus bolševikams, šeimos turtas ir vėl buvo nacionalizuotas. Kilo grėsmė būti represuotiems. Leonidas Pimonovas su žmona 1941 m. pasitraukė į tuo metu vokiečių okupuotą Lenkiją. Karo metu jis kalėjo vokiečių lageriuose, tačiau kaip itin gabus mokslininkas dirbo vokiečių pramonės įmonėse. Po karo jį kaip žinomą išradėją bandė verbuoti ir išsivešti kelios karą laimėjusių sąjungininkių valstybės: JAV, Rusija ir Prancūzija. Sudėtingų aplinkybių ir veiksmų dėka 1947 m. L. Pimonovas atsidūrė Paryžiuje. Ten padarė žaibišką mokslinę karjerą – nuo eilinio darbininko iki Nacionalinio mokslų tyrimo instituto direktoriaus. Jis buvo Prancūzijos Akustikų draugijos pirmininkas, daugelio pasaulio šalių mokslų akademijų garbės narys, daugybės išradimų ir patentų autorius.

1980 m. jį ištiko skaudi nelaimė – L. Pimonovo žmona Eugenija susirgo Alzheimerio liga. Iki pat mirties 1996 m. jis slaugė ją savo namuose Paryžiuje. Eugenija Pimonova palaidota Vilniaus sentikių kapinėse.Siekdamas įamžinti žmonos atminimą Leonidas Pimonovas 1997 m. Vilniuje įsteigė Eugenijos ir Leonido Pimonovų Alzheimerio ligos paramos fondą. Iki pat mirties jis pats aktyviai rūpinosi fondo veikla, rėmė fondą materialiai. Fondo plėtra buvo didžiausias jo paskutinių gyvenimo metų rūpestis. Leonidas Pimonovas mirė 2000 m. kovo 24d. Vilniuje. Palaidotas Vilniuje sentikių kapinėse.