سینما در رگ‌های لیلا حاتمی جاری است. پدر او علی حاتمی کارگردان سرشناس سینمای ایران و مادرش زری خوشکام، هنرپیشه سینما بود. لیلا حاتمی با کسب چندین جایزه در جشنواره‌های داخلی و خارجی یکی از موفق‌ترین بازیگران سینمای ایران در عرصه بین‌المللی است. حضور او در جشنواره‌های بین‌المللی دست‌مایه‌ای برای عکاسان است.

لیلا حاتمی در نهم مهر ۱۳۵۱ بدنیا آمد و در رشتهٔ ریاضی فیزیک در تهران دیپلم گرفت. او برای ادامهٔ تحصیل به لوزان سوئیس رفت. در دانشگاه پلی تکنیک در رشتهٔ مهندسی برق شروع به تحصیل کرد. تحصیل در این رشته را پس از دو سال نیمه‌کاره رها کرد و ادبیات فرانسه خواند. به علت بیماری پدرش در ۱۳۷۵ تحصیل را رها کرد و به ایران بازگشت.

اولین حضورلیلی حاتمی در سینما در نقش کودکی کمال‌الملک (در فیلم "کمال الملک" به کارگردانی پدرش علی حاتمی) بود. در سال ۱۳۷۰ در فیلم "دلشدگان" که آن هم ساختهٔ پدرش علی حاتمی بود ایفای نقش کرد. پس از آن در ۱۳۷۵ برای اولین بار در فیلمی که کارگردان‌اش پدرش نبود (فیلم لیلا از داریوش مهرجویی) نقش یک زن نازا را ایفا کرد و برای آن دیپلم افتخار جشنواره فیلم فجر را گرفت.

لیلا حاتمی تا کنون بیشترین همکاری را با داریوش مهرجویی داشته‌است که در چهار فیلم او به ترتیب: لیلا، میکس، آسمان محبوب و نارنجی‌پوش بازی کرده‌است. او همچنین با کارگردان‌هایی چون علی مصفا (که همسر اوست)، فریدون جیرانی، علیرضا رئیسیان و علی حاتمی (دو فیلم) همکاری داشته است.

این بازیگر ایرانی حداقل در ۲۶ مورد کاندید و یا برنده جوایز داخلی و بین‌المللی جشنواره‌های معتبر سینمایی شده است. لیلا حاتمی به لحاط تعداد جوایز دریافتی از موفق‌ترین بازیگران سینمای ایران است.

لیلا حاتمی در بیشتر فیلم‌هایش نقش زنی با روحیه خونسرد و شخصیت مستقل و محکم را بازی کرده است.

کیف انگلیسی (سید ضیاالدین دری ۱۳۷۸) و پریدخت (سامان مقدم ۱۳۸۶) دو مجموعه تلویزیونی هستند که لیلا حاتمی در آنها نقش داشته است. علاوه بر این او در "جستجوی شهرزاد"، "قالی ایرونی ما" و "قایق‌های من" گویندگی کرده است.

لیلا حاتمی به چهار زبان انگلیسی، فرانسه، آلمانی و ایتالیایی صحبت می‌کند. شب افتتاح (۱۳۸۱) ، گرترود (۱۳۸۲) دو فیلم‌نامه‌ای هستند که لیلا حاتمی ترجمه کرده است. او همچنین مجموعۀ شش گفتگو با پیکاسو، گفتگو با پیکاسو دربارۀ تابلوی "زنان الجزیره" (۱۳۸۲) را هم به فارسی برگردانده است.

لیلا حاتمی با فیلم "در دنیای تو ساعت چند است؟" (صفی یزدانیان) در مجموع در ۲۷ فیلم سینمایی ایفای نقش کرده است.

از سال ۲۰۰۱ به این سو لیلا حاتمی در جشنواره‌های گوناگون عضو هیئت داوران بوده است. جشنواره فیلم کوتاه دبی، جشنواره فیلم کارلوواری، جشنواره فیلم دوویل، جشنواره فیلم مراکش، جشنواره فیم کاستندورف، جشنواره فیلم رم، جشنواره فیلم پرتقال طلایی در ترکیه و این روزها در جشنواره فیلم کن.

نشان هنر و ادب فرانسه از سوی وزیر فرهنگ و ارتباطات این کشور به لیلا حاتمی اعطا شده است. این نشان "به خاطر خلاقیت هنری یا ادبی و یا به خاطر مشارکت در شکوفایی هنر و ادب، در فرانسه و در جهان به هنرمندان اعطا می‌شود".

گرچه لیلا حاتمی در سینمای بین‌المللی چهره‌ای شناخته شده است اما نهایتا با بازی در فیلم "جدایی نادر از سیمین"، اکران جهانی و دریافت جایزه خرس نقره‌ای برلین و اسکار بهترین فیلم غیر انگلیسی شهرتی عالمگیر پیدا کرد.

شیک‌پوشی لیلا حاتمی در فستیوال‌های بین‌المللی جلب نظر می‌کند. لباس حاتمی از سوی سایت اِل، که اخبار دنیای مد را پی‌گیری می‌کند، به عنوان یکی از ده پوشش برتر مراسم اختتامیه شصت و پنجمین جشنواره فیم کن انتخاب شد. او جایزه بهترین فیلم این دوره کن را به "ماتئه گارونه" به خاطر فیلم واقعیت اهدا کرد.

معاونت اجتماعی فرماندهی نیروی انتظامی ضمن اعتراض به وضعیت سینما، در مراسمی به انتقاد از لیلا حاتمی پرداخت و اظهار داشت: «این که هنرپیشه زنی در جشنواره کن و یا دیگر جشنواره‌ها با یک لباس بد و مستهجن و حجاب نامناسب ظاهر شود و با مرد نامحرم دست بدهد، الگو می‌شود و این رفتار کجای انقلابی است که ما انجام داده‌ایم؟»

این هنرپیشه ایرانی، به عنوان یکی از ۹ داور بخش اصلی شصت و هفتمین دوره جشنواره فیلم کن امسال در این رویداد معتبر سینمایی حضور دارد. این جشنواره از روز چهارشنبه (۱۴ مه/۱۴ اردیبهشت) در شهر ساحلی کن فرانسه آغاز به کار کرده و تا روز ۲۵ مه ادامه دارد.

ویلم دفو (هنرپیشه آمریکایی) و لیلا حاتمی که هردو عضو هیئت داوران فستیوال فیلم کن هستند.

لیلا حاتمی در سال ۱۳۷۷ با علی مصفا ازدواج کرد و دارای دو فرزند است به نام‌های مانی و عسل.