لیلا حاتمی در نهم مهر۱۳۵۱ در تهران به دنیا آمد.
پدرش علی حاتمی، فیلمنامه نویس و کارگردان مولف و سرشناس سینمای ایران، و صاحب آثاری شاخص چون دلشدگان، کمال الملک، مادر و سریالی درخشان با نام هزاردستان و مادرش زری خوشکام، هنرپیشه سینماست.
او در رشته ی ریاضی فیزیک در تهران دیپلم گرفت و سپس برای ادامه تحصیل در دانشگاه پلی تکنیک سوئیس در رشتهٔ مهندسی برق به آنجا رفت. تحصیل در این رشته را پس از دو سال نیمه کاره رها کرد و به دانشگاه لوزان سوئیس رفت و آنجا ادبیات فرانسه خواند ولی به علت بیماری پدرش در سال ۱۳۷۵ تحصیل را نیمهکاره رها کرد و دوباره به ایران بازگشت و ماندگار شد.
او در یکی از معروف ترین و شاخص ترین فیلم های کارگردان بزرگ داریوش مهرجویی، با نام لیلا مشغول بازی شد و همین نقش آفرینی منجر به آشنایی با علی مصفا از هنرپیشهها و بعدها کارگردان های سرشناس سینمای ایران گشت که در نهایت با یکدیگر ازدواج کردند. حاصل ازدواج او و همسرش دو فرزند به نامهای مانی و عسل است.
لیلا حاتمی جزو پرافتخارترین بازیگران زن سینمای ایران محسوب می شود که نام و اعتبارش علاوه برایران در محافل سینمایی خارج از کشور به خصوص اروپا نیز می درخشد.
او از کودکی و به واسطه حرفه پدر و مادرش با مقوله هنر آشنا بود و سال ها زیستن در این عرصه و کسب افتخارات بسیار سرانجام او را به جهان هنر عطرسازی نیز سوق داد.
حاصل این گرایش همکاری با شرکت های معتبر عطرسازی در فرانسه است که در نهایت به یاد ایران و تهران، کشور و شهر زادگاهش، دو عطر به نام های تهران برای خانم ها و تهران برای آقایان طراحی و به بازار معرفی کرد که نگاه شرقی این بازیگر در طراحی این عطرها نیز حکایت از اصالت این بانوی ایرانی دارد.