Après avoir fait des études de sciences économiques à l'université de Paris X, Xavier Letourneur passe le diplôme d'études comptables supérieur puis travaille pendant huit ans dans une banque du groupe CGE - Alcatel (de 1975 à 1984). En 1978 il décide parallèlement de s'inscrire au Cours Simon d'où il sortira en 1981.
Pendant deux ans, il joue au café théâtre tout en continuant à travailler à Électro Banque.
Après avoir participé à la création du Sentier des Halles en 1982, il joue et met en scène huit spectacles au théâtre d'Edgar. Il y rencontre Christian Dob et Michel Rougeron. En 1994, il crée avec ces derniers et son épouse Muriel Lemaire le Théâtre le Mélo d’Amélie où il va choisir pendant plus de 15 ans les spectacles qui s'y jouent. C'est pendant cette période qu'il croise Olivier Marchal qui le fera jouer dans Braquo.
Avec ses camarades du théâtre d'Edgar, il participera activement au Petit Théâtre de Bouvard pendant trois ans à la fin des années 1980.
C'est surtout à partir de 1992 qu'il va tourner dans de nombreux téléfilms et séries.
Il va rencontrer Christian Lara avec qui il va tourner neuf films et Éric Civanyan qui va le mettre en scène dans cinq pièces de théâtre et quatre films.
Il travaille très souvent avec Claude-Michel Rome rencontré au cours Simon.
Il met en scène une trentaine de pièces dont J'aime beaucoup ce que vous faites qui, créée au Mélo d’Amélie, s’est joué plus de 17 ans dans des grands théâtres parisiens.Actuellement de retour au Mélo d’Amélie pour une 20ème année.
1981 : Pourquoi de et mis en scène par Claude-Michel Rome au Fanal.
1982 : Meurtres au 700 ter rue des espadrilles de Xavier Letourneur au Sentier des Halles.
1983/84 : Fais voir ton Cupidon de Patrick Pessis au Café d'Edgar.
1983/84 : Dieu m'tripote de et mis en scène par Stéphane Hillel au Café d'Edgar.
1983/89 : Les Babas cadres de Christian Dob au Théâtre d'Edgar.
1985 : C'est encore loin la mairie de C. Dob mise en scène Patrick Zard au Tintamarre.
1987 : La Pension de Hafed Benotman, mise en scène Nicolas Benotman au Théâtre d'Aix en Provence.
1987/90 : Nous on fait ou on nous dit de faire de et mis en scène par Michel Bonnet au Théâtre d'Edgar.
1990 : Coyote saloon de Christian Dob, mise en scène Éric Civanyan en tournée avec Spectacle 2000.
1991 et 1997/98 : Les faux jetons de Michel Degand et X. Letourneur au Théâtre d'Edgar et au Mélo d'Amélie.
1992/93 : Petaouchnock de Christian Dob à la Comédie des Champs-Élysées, Théâtre de la Renaissance et Palais des Glaces.
1993/94 : Silence en coulisses de M. Frayn, mise en scène Jean Luc Moreau au Théâtre du Palais ROYAL.
1994/95 : Rififoin dans les labours de C. Dob au Mélo d'Amélie.
1995/96 : Passage avide de Christian Dob, mise en scène Thierry Liagre au Mélo d'Amélie.
1999 : Espèces menacées de Ray Cooney, mise en scène Eric Civanyan au Théâtre de la Michodière.
1999/2000 : Un Monde merveilleux de Didier Caron et Eric Laborie, mise en scène D Caron à la Comédie de Paris et au Splendid.
2000 et 2010/11 : Un conseil très municipal de C. Dob, mise en scène X. Letourneur au Mélo d'Amélie et Comédie Bastille.
2000/02 : Les acteurs sont fatigués d'Eric Assous, mise en scène Jacques Decombe à la Comédie Caumartin.
2001 : Les désirs de mon mari m'ont presque rendue folle de J. Tobias, mise en scène de Civanyan au Théâtre de La Michodière.
2002 : Entorse pour une enflure de C. Dob, mise en scène Christophe Correia à la Comédie Caumartin.
2003/04 : On n'avait pas dit 9 heures ?, de et mis en scène par Christophe Rouzaud au Splendid.
2004/05 : Daddy blues de Bruno Chapelle et Martine Visciano, mise en scène de Civanyan à La Michodière et en tournée Nouvelles Scènes.
2005 : Tout un cinéma d'Ivan Calbérac, mise en scène X. Letourneur à la Comédie Caumartin.
2006 : Le déclin de l'empire américain de Denys Arcand, adaptation et mise en scène Claude Michel Rome au Théâtre Daunou.
2008 : Toc toc, de et mis en scène par Laurent Baffie au Théâtre du Palais Royal.
2010 : Réactions en chaine, de E. Carrière, J-M. Longval et Smaïn, mise en scène Pascal Legitimus en Tournée Les Grands Théâtres.
2011/12 : André le magnifique, mise en scène Didier Caron au Théâtre Michel et au Théâtre de La Tête d'Or (Lyon).
2013/14 : Hier est un autre jour de Sylvain Meyniac et J-F. Cros, mise en scène Eric Civanyan aux Bouffes Parisiens et tournée N.Scènes.
2015/16 : Sans rancune de Sam Bobrick et Ron Clark, adaptation de Sébastien Azzopardi et Sacha Danino, mise en scène Sébastien Azzopardi au Théâtre du Palais Royal et en tournée.
2017/18 : J'aime beaucoup ce que vous faites de Carole Greep mise en scène Xavier Letourneur au Café de la Gare.
2019/20 : A vrai dire de Sylvain Meyniac et Manuel Gelin, mise en scène Catherine Marchal au Théâtre du Gymnase.
2021/22/23: «Les Cachottiers» de Luc Chaumar, mise en scène Olivier Macé en tournée Les Grands Théâtres.