لیلا حاتمی در نهم مهر ۱۳۵۱ در تهران به دنیا آمد. پدر لیلا حاتمی علی حاتمی، کارگردان سرشناس سینمای ایران، و مادرش زری خوشکام، هنرپیشه سینما بود. او در رشتهٔ ریاضی فیزیک در تهران دیپلم گرفت. لیلا حاتمی در مؤسسه پلی‌تکنیک فدرال لوزان شروع به تحصیل کرد. لیلا حاتمی تحصیل در این دانشگاه را پس از دو سال نیمه کاره رها کرد و به دانشگاه لوزان، سوئیس رفت و آن‌جا ادبیات فرانسه خواند. لیلا حاتمی به علت بیماری پدرش در ۱۳۷۵ تحصیل را نیمه‌کاره رها کرد و به ایران بازگشت.

 لیلا حاتمی با انتشار عکس دو نفره ای نوشت:

هر چه گویی آخری دارد به غیر از حرف عشق
کاین همه گفتند و آخر نیست این افسانه را