لیلا حاتمی در نهم مهر ۱۳۵۱ به دنیا آمد. لیلا حاتمی پدرش علی حاتمی، کارگردان سرشناس سینمای ایران، و مادرش زری خوشکام، هنرپیشه سینما، بود.
وی در سال ۱۳۷۷ با علی مصفا ازدواج کرد. لیلا حاتمی دارای دو فرزند به نامهای مانی و عسل است.
حاتمی همچنین به پنج زبان انگلیسی و فرانسه و فارسی و آلمانی و ایتالیایی صحبت میکند.