В 1967 году окончил среднюю школу в Черновцах с серебряной медалью. Окончил Черниговское высшее военное авиационное училище летчиков и служил в авиационных частях Военно-воздушных сил СССР. В 1976 году был включен в отряд советских космонавтов (1976 Группа ВВС 6). Прошел полный курс подготовки к полетам на кораблях типа Союз и орбитальных станций типа Салют. В 1977 году без отрыва от работы в Центре подготовки космонавтов закончил школу летчиков-испытателей при Научно-испытательном институте имени В. П. Чкалова ВВС СССР. В 1976 году был отобран в отряд космонавтов в группу космической системы «Буран». Через год получил диплом летчика-испытателя. В 1983 году был отчислен из отряда космонавтов за «низкий моральный уровень» (развод с женой).

В 1984 — 1988 годах работал в Научно-испытательном институте имени В. П. Чкалова ВВС СССР летчиком-испытателем и пилотом-инструктором. Имеет налет свыше 2400 часов. Участвовал в испытаниях 54 типов и модификаций самолетов, в том числе аэрокосмического самолета МиГ-31 ЭПОС. Как пилот-инструктор подготовил 15 летчиков. С 1988 года вновь в отряде советских космонавтов. Готовился к полетам на кораблях типа Буран. В 1989 году окончил факультет самолетостроения Московского авиационного института.

В 1990 году готовился как командир украинского экипажа для полета на станцию Мир. После отмены этого полета, проходил подготовку к космическому полету, который предусматривал стыковку беспилотного корабля Буран и орбитальной станции Мир. После отмены и этого полета, а также закрытия программы Буран, проходил подготовку к полетам на станцию Мир в качестве командира космического корабля Союз ТМ.

Вспоминая время, проведенное в отряде советских космонавтов, он рассказывал, что проходил подготовку как командир "Союза ТМ" и командира многоразового космического корабля «Буран». «Изучали космический корабль, десятки его бортовых систем, орбитальную станцию», - вспоминал Каденюк. «Нас было 9 человек, мы изучали много наук – и медицину, и биологию, и астрономию, и астрофизику, и геологию и экологию, и другие. Чем с большим количеством разнообразных знаний человек летит в космос, тем больше от него там пользы, - уверен Леонид. - Мы прошли мощнейшую инженерную подготовку как научные работники и как летчики- испытатели».

После распада СССР остался в России и служил в Военно-воздушных силах России. В 1995 году уволился из рядов Вооруженных сил России и попросил украинское гражданство. Переехал на Украину и стал работать младшим научным сотрудником в Институте ботаники имени Холодного Национальной академии наук Украины. В 1996 году включен в группу украинских космонавтов для прохождения подготовки к полетам на космических кораблях Space Shuttle. В июле 1996 года прибыл в США для прохождения предполетной подготовки. 19 ноября — 5 декабря 1997 года совершил космический полет в качестве экспериментатора на космическом корабле Columbia (STS-87). Во время полета занимался проведением экспериментов по искусственному опылению ростков сои и рапса с целью получения семян в условиях невесомости.

Полет продолжался 15 суток 16 часов 35 минут 1 секунду. Позже этот корабль был использован при сьемках фильма «Армагеддон». После окончания полета возвратился на родину и работает в Национальном космическом агентстве Украины.

Первый космонавт Украины рассказывал в интервью, что поддерживает связи со своими российскими и американскими коллегами. «Бывшие советские космонавты и большинство нынешних в России – мои друзья, с которыми проходил подготовку к полетам в космос. Среди американских астронавтов тоже большинство не просто знакомые, а друзья», - рассказывал он.

С 14 февраля 2006 года Леонид Каденюк является членом комиссии по вопросам космической деятельности. С января 2011 является советником премьер-министра Украины по вопросам авиации и космонавтики. Имеет троих сыновей от двух браков. Имеет звание Героя Украины, вместе с которым ему вручили орден «Золотая Звезда» 3 декабря 1999 года. Продолжает числиться в группе космонавтов NASA.

Имеет звание почетного гражданина города Черновцы. Также Леонид Константинович обладатель таких наград как: Орден «За заслуги» III степени (12 апреля 2011 год) за вклад в создание и внедрение космических систем и их технологий; Орден «За мужество» I степени (19 января 1998 год) за мужество и героизм, проведения исследований на борту космического корабля «Колумбия»; Именное огнестрельное оружие (25 января 2001 год) за заслуги в обеспечении обороноспособности Украины.

Запись Мировые знаменитости родом из Молдовы: космонавт NASA Леонид Каденюк впервые появилась Locals.