C'est après avoir effectué son service militaire au sein de la Royal Canadian Air Force, qu'il commence une carrière dans le milieu artistique. Leslie Nielsen accumule les emplois de disc-jockey et d'animateur radio à Calgary. Parallèlement, il suit des cours de comédie à Toronto, au Lorne Green's Academy of Radio Arts. Il reçoit alors une bourse d'études lui permettant de partir pour New York, où il suit les formations de Sanford Meisner et de l'Actors Studio. Ce n'est cependant qu'en 1950, que Leslie Nielsen fait sa première apparition sur le petit écran aux côtés de Charlton Heston, dans Studio One.

Après de multiples prestations à la télévision, l'année 1956 marque ses débuts sur le grand écran avec les deux films musicaux, The Opposite Sex et The Vagabond King. Sous contrat avec la MGM, il enchaîne les projets et se partage entre cinéma et télévision. Il apparaît ainsi régulièrement au générique de plusieurs séries télévisées, durant les années 60 et 70, comme Le Fugitif, Kojak, ou M.A.S.H.. Il s'adonne aussi au théâtre en partageant la scène avec Carol Burnett dans Love Letters.

Après plusieurs films musicaux, western (Gunfight in Abilene) ou thriller (Night Train to Paris), Leslie Nielsen tient le haut de l'affiche à diverses reprises dans des films dramatiques comme L' Aventure du Poséidon ou Planète interdite. Malgré tout, ce n'est qu'avec la comédie déjantée de David Zucker, Y a-t-il un pilote dans l'avion ?, qu'il connaît son premier véritable succès. C'est son rôle du lieutenant Frank Drebin dans la trilogie Y a-t-il un flic qui le propulse au rang de star de la comédie. Il enchaîne alors des rôles toujours plus surprenants et variés et joue sous la direction de nombreux grands réalisateur tels que George A. Romero (Creepshow), Mel Brooks (Dracula, mort et heureux de l'être) ou encore Roman Polanski (Pirates). Alors que Leslie Nielsen connaît un succès impressionnant dans le genre comique avec les films de parodie, il décide en 1999 de faire une nouvelle pause théâtrale avec la pièce Clarence Darrow.

Il ne tarde cependant pas à revenir au cinéma avec Le Detonateur, parodie du Le Fugitif avec Harrison Ford. Il s'essaye aussi à la production, avec entre autre la reprise du film culte de Stanley Kubrick, Y a-t-il un flic pour sauver l'humanité ?, pour lequel il tient aussi le haut de l'affiche. Toujours attaché à son amour de la comédie et au réalisateur David Zucker avec lequel il a connu ses plus grands succès, il accepte d'incarner le président Harris dans les films Scary movie 3 (2003) et Scary Movie 4(2006) parodiant les films d'horreurs.