لیلا حاتمی ۹ مهر ۱۳۵۱ در تهران به دنیا آمد. پدرش علی حاتمی، (۱۳۲۳–۱۳۷۵) فیلم‌ساز، و مادرش زری خوشکام، پیش از انقلاب ۱۳۵۷ بازیگر بود. او در رشتهٔ ریاضی دیپلم گرفت و تحصیلاتش را در رشتهٔ مهندسی برق دانشگاه پلی‌تکنیک تهران ادامه داد. او تحصیل در این دانشگاه را پس از دو سال نیمه‌کاره 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. او به زبان‌های انگلیسی، فرانسه، فارسی، آلمانی و ایتالیایی مسلط است