ليلا حاتمي در نهم مهر ۱۳۵۱ به دنیا آمد. پدرش علی حاتمی (کارگردان سرشناس سینمای ایران) و مادرش زری خوشکام (هنرپیشه سینما) بود. در رشتهٔ ریاضی فیزیک در تهران دیپلم گرفت. برای ادامهٔ تحصیل به لوزان سوئیس رفت. در دانشگاه پلی تکنیک در رشتهٔ 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. به علت بیماری پدرش در ۱۳۷۵ تحصیل را نیمه‌کاره رها کرد و به ایران بازگشت. نخستين حضور سينمايي حاتمي در فيلم دلشدگان علي حاتمي بود. عكس زير اولين خبر از ورود ستاره اين روزهاي سينماي ايران به دنياي بازيگري است.
