Fils d'un conseiller référendaire à la Cour des comptes et d'une artiste, Philippe Léotard choisit d'abord l'enseignement avant de suivre sa voie. En 1963, avec une licence de lettres modernes en poche, il devient professeur au collège Sainte-Barbe à Paris où il reste jusqu'en 1968. En parallèle, il participe à la création du Théâtre du Soleil d'Ariane Mnouchkine en travaillant à l'adaptation de pièces. Puis il remplace un acteur malade et s'engage à temps plein dans le théâtre. En 1970, il abandonne le Théâtre du Soleil pour le Théâtre National Populaire.
A trente ans, Philippe Léotard fait ses premiers pas au cinéma : figurant dans Domicile conjugal (1970), il poursuit son apprentissage avec François Truffaut qui lui offre un petit rôle dans Les deux anglaises et le continent (1971). Après un rôle secondaire dans Max et les ferrailleurs (1971) de Claude Sautet, il saisit sa chance la même année dans Avoir vingt ans dans les Aurès de René Vautier. Ce premier rôle de taille lui ouvre de nouvelles perspectives : Une belle fille comme moi (1972) de François Truffaut, R.A.S (1973) d'Yves Boisset, La gueule ouverte (1974) de Maurice Pialat, Le milieu du monde de Alain Tanner (1974). Le succès populaire arrive avec Le chat et la souris de Claude Lelouch (1975). Il enchaîne ensuite des personnages assez divers : médecin dans Une semaine de vacances (1980) de Bertrand Tavernier, proxénète dans La balance (1982) de Bob Swaim, inspecteur dans Tchao Pantin (1983) de Claude Berri, Thénardier sans moralité dans Les misérables (1995) de Claude Lelouch. Son jeu remarquable, tout de puissance retenue, et son physique particulier (voix éraillée, visage fatigué) ont imposé Philippe Léotard comme l'une des personnalités les plus marquantes du cinéma français des années 1970 et 1980.
Philippe Léotard s'illustre dans de nombreuses pièces : Les anges meurtriers, Doux oiseau de jeunesse, Les petits bourgeois, La cuisine, Combat de nègres et de chiens (1983), American Buffalo (1986), Le château de Céne (1990). Philippe Léotard joue aussi dans de nombreux téléfilms (La Cerisaie, 1967 ; La cloche tibétaine, 1973 ; Madame le Juge, 1973). Il est aussi écrivain : Salines (1969), Haute Lune (1987), Portrait de l'artiste au nez rouge (1988), Pas un jour sans une ligne (1992). Chanteur, il compte à son actif un certain nombre de récitals à Bruxelles en 1987 et à Paris en 1988 et en 1993.
Courts métrages 1971 | Camille ou la comédie catastrophique | Claude Miller |
| 1974 | Beau samedi (Le) | Renaud Walter |
| 1979 | Histoires abominables : La mémoire | Gébé |
| 1984 | Blues marine | Noëlle Thery |
| 1993 | Condamné (Le) | Xavier Giannoli |
Longs métrages| 1970 | Domicile conjugal | François Truffaut |
| 1970 | Max et les ferrailleurs | Claude Sautet |
| 1971 | Avoir vingt ans dans les Aurès | René Vautier |
| 1971 | Deux Anglaises et le continent (Les) | François Truffaut |
| 1971 | Rak | Charles Belmont |
| 1972 | Day of the Jackal (The) Chacal | Fred Zinnemann |
| 1972 | Franc-tireur (Le) | Jean-Max Causse, Roger Taverne |
| 1972 | Kamouraska | Claude Jutra |
| 1972 | Une belle fille comme moi | François Truffaut |
| 1973 | Gueule ouverte (La) | Maurice Pialat |
| 1974 | French Connection II French connection n° 2 | John Frankenheimer |
| 1974 | Milieu du monde (Le) | Alain Tanner |
| 1974 | Pas si méchant que ça | Claude Goretta |
| 1975 | Bon et les méchants (Le) | Claude Lelouch |
| 1975 | Chat et la souris (Le) | Claude Lelouch |
| 1975 | Comédie du train des Pignes (La) | François de Chavannes |
| 1975 | Conquistadores (Les) | Marco Pauly |
| 1975 | Guerre du pétrole n'aura pas lieu (La) | Souheil Ben Barka |
| 1975 | Traque (La) | Serge Leroy |
| 1975 | Vincent mit l'âne dans un pré | Pierre Zucca |
| 1976 | Communion solennelle (La) | René Féret |
| 1976 | Juge Fayard, dit "le shérif" (Le) | Yves Boisset |
| 1976 | Ombre des châteaux (L') | Daniel Duval |
| 1977 | Va voir maman, papa travaille | François Leterrier |
| 1978 | Judith Therpauve | Patrice Chéreau |
| 1978 | Mémoire courte (La) | Eduardo de Gregorio |
| 1979 | Empreinte des géants (L') | Robert Enrico |
| 1980 | Petite sirène (La) | Roger Andrieux |
| 1980 | Une semaine de vacances | Bertrand Tavernier |
| 1981 | Choc (Le) | Robin Davis |
| 1981 | Mora | Léon Desclozeaux |
| 1981 | Quand tu seras débloqué, fais-moi signe ! | François Leterrier |
| 1982 | Balance (La) | Bob Swaim |
| 1982 | Hiver 60 | Thierry Michel |
| 1982 | Paradis pour tous | Alain Jessua |
| 1983 | Fauves (Les) | Jean-Louis Daniel |
| 1983 | Femmes de personne | Christopher Frank |
| 1983 | Tchao pantin | Claude Berri |
| 1984 | Adieu blaireau | Bob Decout |
| 1984 | Ni avec toi ni sans toi | Alain Maline |
| 1984 | Pirate (La) | Jacques Doillon |
| 1984 | Rouge-gorge | Pierre Zucca |
| 1985 | Aube (L') | Miklós Jancsó |
| 1985 | Exit-exil | Luc Monheim |
| 1985 | Tangos, l'exil de Gardel | Fernando E. Solanas |
| 1985 | Testament d'un poète juif assassiné (Le) | Frank Cassenti |
| 1986 | État de grâce (L') | Jacques Rouffio |
| 1986 | Paltoquet (Le) | Michel Deville |
| 1987 | Jane B. par Agnès V. | Agnès Varda |
| 1987 | Oeuvre au noir (L') | André Delvaux |
| 1987 | Si le soleil ne revenait pas | Claude Goretta |
| 1988 | Ada dans la jungle | Gérard Zingg |
| 1988 | Couleur du vent (La) | Pierre Granier-Deferre |
| 1988 | Dénommé (Le) | Jean-Claude Dague |
| 1988 | Snack bar Budapest | Tinto Brass |
| 1988 | Sur Le Sud | Fernando E. Solanas |
| 1989 | Il y a des jours et des lunes | Claude Lelouch |
| 1990 | Carne (La) Chair | Marco Ferreri |
| 1990 | Gavre Princip Himmel unter Steinen | Peter Patzak |
| 1990 | Part du serpent (La) | Max Reid |
| 1991 | Ville à vendre | Jean-Pierre Mocky |
| 1993 | Voleur et la menteuse (Le) | Paul Boujenah |
| 1994 | Elisa | Jean Becker |
| 1994 | Misérables (Les) | Claude Lelouch |
| 1995 | Black Dju, vos papiers | Pol Cruchten |
| 1995 | Momie à mi-mots (La) | Laury Granier |