Leila Hatami lahir pada 1 Oktober 1972 di Tehran, Iran, dari pasangan Ali Hatami, seorang sutradara legendaris, dan Zari Khoshkam, seorang aktris. Sejak kecil, ia tampil dalam beberapa film ayahnya, termasuk serial televisi Hezardastan dan film Kamalolmolk. Pada tahun 1992, ia berperan sebagai Putri Buta dalam film Del Shodegan. Setelah menyelesaikan pendidikan menengah, ia pindah ke Lausanne, Swiss, untuk belajar Teknik Elektronika, namun beralih ke Sastra Prancis setelah dua tahun.

Leila menyelesaikan studinya dalam waktu singkat dan kembali ke Iran. Setelah hiatus selama beberapa tahun, ia memulai debut film profesionalnya dengan Leila (1997) arahan Dariush Mehrjui, berperan sebagai tokoh utama, yang mendapatkan pujian internasional dan penghargaan dari Festival Film Fajr. Ia menikah dengan aktor Ali Mosaffa pada tahun 1999, dan mereka dikaruniai dua anak, Mani dan Asal.

Dalam kariernya, Leila bekerja dengan sutradara terkenal Iran dan memenangkan berbagai penghargaan, termasuk Best Actress di Festival Film Montreal 2002 dan Silver Bear di Berlin 2011. Ia tampil di berbagai film terkenal seperti Sima-ye Zani Dar Doordast dan A Separation, yang memenangkannya pengakuan internasional sebagai salah satu aktris top Iran.