Τον τελευταίο καιρό ζούσε σε μονάδα φροντίδας στο Λουτράκι, από όπου μεταφέρθηκε στο Γενικό Νοσοκομείο Κορίνθου, χτυπημένος από κορονοϊό. Η κηδεία του έγινε την Τρίτη στο Βέλο Κορινθίας.
Γεννημένος στην Αθήνα το 1947, είχε αγάπη από μικρός στο τραγούδι και σε ηλικία δεκατριών χρόνων γράφτηκε στο ωδείο του Πειραϊκού Συνδέσμου και σπούδασε κλασικό τραγούδι και φωνητική, ενώ από τα γυμνασιακά του χρόνια συμμετείχε σε χορωδίες, κάνοντας εμφανίσεις σε θέατρα. Οπως περιέγραψε ο ίδιος, στα 16 του πήγε στα «Ταλέντα» του Γιώργου Οικονομίδη και διαγωνίστηκε με το κομμάτι του Γιάννη Βογιατζή «Ο ήλιος γέρνει στα βουνά», παίρνοντας το πρώτο βραβείο: Ενα κοστούμι, μια σόμπα και κάποια άλλα ηλεκτρικά είδη...
Στα 18 του χρόνια δούλεψε ως πλασιέ δίσκων στην εταιρεία «Βεντέτα» του Πάνου Γαβαλά, που ήταν και το πρότυπό του ως τραγουδιστής. Εναν χρόνο μετά κυκλοφόρησε από την ίδια εταιρεία το πρώτο του τραγούδι, «Ενα καράβι είναι η ζωή μας», για να ακολουθήσει το 1969 η μεγάλη επιτυχία με τις «Αμφιβολίες», που του άνοιξε τον δρόμο στη δισκογραφία και στα νυχτερινά κέντρα, από τα οποία όμως αποτραβήχτηκε τη δεκαετία του '80, γιατί όπως είπε: «Ηθελα να κοιμάμαι στις 2 κι όχι στις 6 τα ξημερώματα, και να βλέπω τους σκουπιδιάρηδες να βαράνε τα καρότσια. Επιθυμούσα να κάνω μια ζωή πιο νορμάλ. Βέβαια, έτσι έχασα πολλά χρήματα και δόξα».
Πέρα από του Μπιθικώτση, ερμήνευσε τραγούδια του Ακη Πάνου, του Γιώργου Κατσαρού, του Τάκη Σούκα, του Αντώνη Ρεπάνη κ.ά.
Σε ανακοίνωσή του για τον θάνατο του Λευτέρη Μυτιληναίου, το Γραφείο Τύπου της ΚΕ του ΚΚΕ σημειώνει: «Με συγκίνηση αποχαιρετούμε τον Λευτέρη Μυτιληναίο, έναν σεμνό και σπουδαίο ερμηνευτή, που με τη ζεστή φωνή του μας χάρισε ορισμένες από τις καλύτερες στιγμές του λαϊκού μας τραγουδιού. Τραγουδώντας τις μεγάλες αγάπες συντρόφευσε τους καημούς μας, άγγιξε την καρδιά μας και δεν θα πάψει να την αγγίζει. Εκφράζουμε τα θερμά μας συλλυπητήρια στους οικείους του».