Leila Hatami nació en Teherán en 1972. Es hija del director Ali Hatami y de la actriz Zari Khoshkam. Está casada con el actor Ali Mosaffa. Durante su infancia apareció en varias de las películas de su padre incluyendo las series de televisión Hezar dastan (1978), el biopicKamalolmolk (1984), y la película Del Shodegan (1992), donde interpretó el papel de una princesa turca ciega.[3]
Después de terminar sus estudios, se trasladó a Lausanne, en Suiza, para estudiar ingeniería electrónica en la École polytechnique fédérale de Lausanne. Pasados dos años cambió de orientación para estudiar literatura francesa. Una vez completados sus estudios regresó a Irán.[3]
Ella ha protagonizado decenas de películas, y muchas veces ha ganado la aclamación de la crítica y galardones. Por su actuación en Istgah-e Matrouk (La Desierta Estación) de 2002, fue nominada al Premio a la Mejor Actriz en el Festival Internacional de Cine de Fayr y ganó el premio a Mejor Actriz en el 26 Festival de Cine del Mundo de Montreal.[5] En 2005, apareció en la primera película como director de su marido Ali Mosaffa, Sima-ye Zani Dar Doordast (Retrato de una dama lejana).
En abril de 2014, fue anunciada como miembro del jurado de la competencia principal en el Festival de Cine de Cannes 2014.[9] Mientras se encontraba allí, saludó al Presidente de Cannes Gilles Jacob con un beso en la mejilla, que es una forma de saludo en Francia.[10] El Adjunto del Ministro de Cultura Hossein Noushabadi lanzó críticas por esto. En mayo de 2014, después de recibir un importante retroceso por el beso en Irán, incluidas llamadas para ser azotada—Hatimi se disculpó por sus acciones en una carta.[11][12]