Леонид Дмитриевич родился 24 мая 1911 года в глухой таежной заимке Лолог в семье управляющего лесной дачей графов Строгановых Долгушина Дмитрия Ливерьевича и учительницы Анны Дмитриевны. В последующем семья переехала в поселок Усть-Игум, где Дмитрий Ливерьевич стал работать управителем кирпичного завода. Случайно узнав о наследстве деда священника в селе Каракулино на Каме, перебрались туда. Так семья Долгушиных из семьи служащих превратилась в крестьянскую.
Леонид закончил семилетку в селе Кулюшево. Жил на хлебах. Летом помогал отцу в поле. У юного Лени было страстное желание учиться дальше. Родители наскребли небольшую сумму денег, и Леонид отправился в "свободное плавание" в ближайший город Сарапул, где поступил в Педагогический техникум. Живя в общежитии, систематически подрабатывал - чистил крыши от снега, пилил дрова, летом разгружал баржи на пристани. В декабре 1926 года участвовал в Первой Всесоюзной переписи населения. Как раз в техникуме были зимние каникулы. На лошади в запряженных санях он объезжал деревни и вел перепись. Стояли сильные морозы. Кто-то из учителей дал Леониду полушубок и валенки.
Учителей в СССР не хватало, и курс Леонида досрочно выпустили осенью 1929 года. По распределению он три года проработал учителем в сельской школе в Челябинской области в селе Копытово. Затем его перевели в Саратовскую фабрично-заводскую семилетку. Осенью 1933 года Леонид приехал в Москву. Но вузы, в которые он обращался, уже закончили прием. Пришлось ночевать на вокзалах и перебиваться случайными заработками. Наконец ему удалось устроиться в химическую лабораторию завода искусственного шелка в городе Клин. Иногда он приезжал в Москву и однажды наткнулся на объявление о приеме в Московский областной пединститут на социально-экономическое отделение. Так Долгушин Л.Д. стал студентом МОПИ с общежитием и стипендией, но довольно быстро он понял, что сел "не в свои сани". Его любовь к спорам и дискуссиям могла плохо кончиться. В стране свирепствовали "ежовые рукавицы". И Леонид отказался от отсрочки по призыву в армию, став курсантом полковой школы 40-го стрелкового полка во Владимире, а по окончании школы - младшим командиром 9-го караульного батальона МВО на станции Арсаки. Военное руководство заметило, что Леонид Долгушин намного грамотнее сослуживцев и хорошо знает географию и ему поручили читать лекции офицерскому составу. Для подготовки новых материалов лекций Леонид ездил в московские библиотеки. Уволившись из армии в 1935 году, он сдал экстерном экзамены за два года и был принят на 3-й курс географического факультета МОПИ, а в 1937 году его рекомендовали в аспирантуру Научно-исследовательского географического института при МГУ. Начались первые экспедиции. Появились первые научные публикации. После аспирантуры Леонида Дмитриевича распределили в сыктывкарский Комипединститут преподавать географию и динамическую геологию. Он работал и над кандидатской диссертацией по геоморфологии Камо-Печорского водораздела, тема которой возникла в связи с государственным планом переброски стока северных рек в бассейны Камы и Волги. 21 июня 1941 года Долгушин Л.Д. вернулся в Москву для защиты диссертации, но на следующий день по радио объявили о нападении германских войск на нашу страну. И стало уже не до диссертации, нужно было обезопасить жену с двумя малышами и искать работу. Директор ВИМСа предложил ему должность ученого секретаря института. С ВИМСом семья Долгушиных эвакуировалась в город Катайск. Оттуда в 1942 году Леонида Дмитриевича призвали в Красную Армию. По окончании курсов "Выстрел" в Свердловске он был направлен на Северо-Западный фронт командиром пулеметной роты 4-го отдельного стрелкового батальона в звании лейтенанта.
Долгушин Л.Д. принимал участие в боях Великой Отечественной войны на северо-западном фронте в 1942 году в 133-ей отдельной стрелковой бригаде в составе армии под руководством генерала Курочкина П.А. на участке между Демянском, Рамушево и Лычково Новгородской области. В задачу стрелковой бригады входило выбить немцев из указанных пунктов. По приказу командира отряд, в котором состоял Долгушин, занял немецкий дзот и удержал его. За этот бой Леонида Дмитриевича наградили медалью "За отвагу". В следующем бою он был ранен в спину и лоб, но через месяц уже вернулся в строй. При очередной попытке штурма Демянска, где Долгушин Л.Д. был командиром отряда, его снова серьезно ранили - насквозь прострелило шею, и пуля попала в грудь. Леонида Дмитриевича эвакуировали в госпиталь. Обнаружилось, что ранение проникающее, осколок застрял в средостении и остался там до конца жизни. Леонида демобилизовали. Врачебная комиссия вынесла вердикт: Долгушин Л.Д. может работать на гражданской службе без командировок.
Вернувшись после ранения в ВИМС уже на должность инженера-геолога, Леонид Дмитриевич тут же выехал в составе оловорудной экспедиции в Южное Забайкалье, а в следующем, 1944 году занимался геоморфологией и поисками рассыпных месторождений олова в Сихотэ-Алине.
В 1945 году Долгушин Л.Д. возглавил экспедицию на Приполярный Урал по поискам облицовочных кварцитов для строительства Дворца Советов. Кварцитов нужной кондиции не нашли, но Леонид Дмитриевич использовал собранные материалы наблюдений для написания новой диссертации по своей прямой специальности, т.к. первая была утеряна во время войны. В 1946 году после успешной защиты кандидатской диссертации по теме "Роль современных процессов денудации в моделировке рельефов Приполярного Урала" в Институте Географии АН СССР Долгушин Л.Д. был направлен на работу в этот институт.
Много лет Долгушин Л.Д. руководил Полярно-Уральской экспедицией, открыв на Полярном и Приполярном Урале более 150 ледников, давая им имена своих учителей и предшественников - Обручева, Григорьева, Рихтера, Сирина, Алешкова, Авсюка, Маркова, Тушинского, Шумского и др. Именем Института географии Ан СССР назван самый крупный по площади уральский ледник - ИГАН, а самый длинный и живописный - в честь 200-летия МГУ им. Ломоносова - МГУ. Долгушиным Л.Д. была открыта новая область современного горного оледенения. А именем самого Леонида Дмитриевича названы ледник, перевал и живописный грот, открытые Кеммерихом А.О. в 1958 году.
Два полевых сезона в 1958-1959 годах Долгушин Л.Д. по соглашению Академий наук СССР и Китая осуществлял научное руководство и готовил кадры китайских гляциологов в Высокогорной экспедиции в Нань-Шане и Центральном Тянь-Шане. На базе этой экспедиции был создан Ланчжоуский институт гляциологии и геокриологии (основной костяк которого составили ученики Долгушина Л.Д. (Ши Я-Фэн, Се Цзе-чу и др.), где впервые были определены характеристики оледенения Нань-Шаня и Восточного Тянь-Шаня, а также составлены карты и каталог ледников этих областей. За эту работу правительство КНР наградило Долгушина Л.Д. медалью "Китайско-Советской дружбы". К сожалению, из-за "культурной революции" сотрудничество китайских и советских гляциологов на долгие годы прервалось.
Участвовал Долгушин Л.Д. и в высокоширотной экспедиции "Север-7" по изучению ледников островных архипелагов - в то время шла "холодная война" и нужно было наметить ледовые площадки для военной авиации.
В Средней Азии экспедиция Долгушина Л.Д. проводила опыты по искусственному усилению таяния ледников методом зачернения для орошения полей.
С 1963 года после катастрофической подвижки ледника Медвежьего на Памире, уничтожившей поселок Дальний, снесшей мосты через реку Ванч и аэродром, затопившей погранзаставу, повредившей дорогу и линию электропередачи, экспедиция Долгушина более 10 лет детально исследовала ледник Медвежий. В результате впервые в практике гляциологии Леониду Дмитриевичу удалось предсказать очередную подвижку ледника в 1973 году, что позволило избежать катастрофы. Тогда же была сформулирована принципиальная схема ледниковых пульсаций на прочном фундаменте установленных фактов. Выявлены десятки ледников, названных "пульсирующими". По многолетним исследованиям и анализу гляциологических материалов других регионов создано новое направление ледниковедения, получившее международное признание. Долгушин Л.Д. доказал, что можно предвидеть катастрофические подвижки ледников.
Яркая страница жизни Леонида Дмитриевича Долгушина - участие в Первой Комплексной Антарктической экспедиции Академии наук и Министерства морского флота в 1955-1957 годах, когда он в составе отважной четверки зимовал на первой в мире внутриконтинентальной станции Пионерская. Им впервые был исследован ледниковый купол Восточной Антарктиды (ст. Пионерская), выявлено температурное состояние, закономерности формирования и динамики снежного покрова, выделены природные зоны Восточной Антарктиды, составлены первые гляциологические карты района работ КАЭ и ледников Скотта, Обручева, Денмана. По оригинальной методике Долгушина Л.Д. определены скорости движения края ледникового покрова на протяжении сотен километров. Выявлены основные типы ледников и айсбергов, дана квалификация форм ледниковой поверхности.
Долгушиным Л.Д. была разработана и впервые применена на практике в Антарктиде и на Памире комплексная методика полевых гляциологических исследований с использованием аэрокосмических материалов и повторных фототеодолитных и аэросъемок.
В 1963 году Долгушин Л.Д. защитил докторскую диссертацию на тему "Региональные проблемы гляциологии по исследованиям на Урале, в Центральной Азии и в Антарктиде".
С 1977 года Долгушин Л.Д. работал в Музее землеведения МГУ. Заведовал отделом, занимался совершенствованием экспозиций, создал в соавторстве стенды "Антарктида", "Арктика", "Большая Волга", "Западная Сибирь", "Дальний Восток и Камчатка", "Экологическое состояние Москвы и Московской области". В год Китая в России в 2008 году организовал по своим материалам выставку "50 лет становления китайской гляциологии", в которой он активно участвовал. Проводил экскурсии для студентов, школьников и иностранных делегаций. Многие годы Леонид Дмитриевич читал лекции по линии общества "Знание" в Москве, Киеве, Одессе, Кирове, Харькове, Томске, Ростове-на-Дону, Алма-Ате, Ташкенте, Душанбе, Саратове, Новосибирске, Фрунзе, Калинине, Ижевске, Белгороде, Кишиневе, и в зарубежных странах - Китае, Румынии, Болгарии.
В Институте географии и в Музее землеведения Долгушин Л.Д. был бессменным членом Ученых советов. В ИГАНе - по защитам диссертаций по гидрологии и гляциологии.
С 1946 года почти 20 лет Л.Д. Долгушин выполнял обязанности ученого секретаря секции геологии и географии Комитета по Ленинским и Сталинским премиям при Совете Народных Комиссаров СССР.
Доктор географических наук, автор около 200 научных работ, консультант многих научных фильмов, активный пропагандист научных знаний, словом, неутомимый ученый, Леонид Дмитриевич Долгушин работал долго и плодотворно до последних дней. Ушел из жизни почти в 102 года. Похоронен на Ваганьковском кладбище Москвы. В честь Леонида Дмитриевича Долгушина в Ижевске названы две улицы: Полярная и Долгушина