لیلا حاتمی در نهم مهر ۱۳۵۱ به دنیا آمد. پدرش علی حاتمی، کارگردان سرشناس سینمای ایران، و مادرش زری خوشکام، هنرپیشه سینما، بود.
در سال ۱۳۷۷ با علی مصفا ازدواج کرد. از آن پس در تهران زندگی میکند. وی دارای دو فرزند به نامهای مانی و عسل است. لیلا حاتمی همچنین به پنج زبان انگلیسی و فرانسه و فارسی و آلمانی و ایتالیایی صحبت میکند.
لیلا حاتمی در رشتهٔ ریاضی فیزیک در تهران دیپلم گرفت. در دانشگاه پلی تکنیک تهران (دانشگاه صنعتی امیرکبیر) در رشتهٔ مهندسی برق شروع به تحصیل کرد. تحصیل در این رشته را پس از دو سال نیمه کاره رها کرد و به دانشگاه لوزان، سوئیس رفت و آنجا ادبیات فرانسه خواند.
لیلا حاتمی، جولیان مور و هیلاری کلینتون روی فرش قرمز جشنواره فیلم ونیز. لیلا حاتمی یکی از داوران بخش اصلی جشنواره امسال است و فیلمهای وحید جلیلوند و جعفر پناهی را داوری خواهد کرد