КИТАЕВ-СМЫК родился в Москве в 1931 году. Отец его был профессиональным администратором, мать – дипломатом-экономистом. Детство Леонида прошло в России, Китае и Японии, где он проживал вместе с родителями. Отрочество – сначала под фашистскими бомбардировками, потом в маленьком селе среди дикой степной природы. Там ему приходилось выполнять мужскую сельскую работу, так как взрослые мужчины были далеко, на войне.

После учебы в школе и в Первом московском медицинском институте (получил диплом с отличием) он работал практикующим врачом. В 1956 году Китаев-Смык был переведен на научную работу в Академию медицинских наук. Ассистировал в исследованиях гомотрансплантации эндокринных желез у животных. Потом изучал в экспериментах на животных действие сердечных глюкозидов, нейролептиков, участвовал в создании новых лекарств.

Еще в раннем детстве (Леониду было пять лет) отец рассказывал ему о космосе, и после этого он всегда мечтал о полетах на другие планеты. Когда отец тяжело заболел, Леонид Китаев-Смык думал о будущей космической медицине и о лечении невесомостью. Он оставил удачно начавшуюся научную карьеру и в 1960 году перешел в секретный тогда Летно-исследовательский институт.

Китаеву-Смыку повезло с работой. Во-первых, это был гражданский (невоенный) институт, поэтому там не было военной рутины. Во-вторых, Китаев-Смык руководил маленькой группой врачей-исследователей, вкрапленной в огромный инженерный коллектив, и у него была полная свобода проведения экспериментов (медицинских, физиологических, фармакологических, психологических), на него не давили авторитетные начальники.

В-третьих, он проводил пионерские – впервые в СССР – исследования, поэтому (в соответствии с секретным законодательством) сам должен был определять секретность результатов исследований своей группы. Он регистрировал их как несекретные и мог публиковать в несекретных научных журналах, докладывать на научных конференциях.

В 1961 году Леонид Александрович начал изучать действие невесомости на людей и животных в авиационных полетах по параболе. Невесомость продолжительностью тридцать секунд можно было создавать многократно, изучая ее действие на многих людей разного возраста, пола, разного состояния здоровья. Сам Китаев-Смык в такой невесомости был 2580 раз. При кратковременной невесомости он проводил физиологические, психофизиологические, эргономические экспериментальные исследования. Большинство из них проводились впервые в мире. Кандидатская диссертация «Функции зрения при кратковременной невесомости» была защищена на закрытом заседании Ученого совета института.