Leila Hatami, figlia del leggendario regista iraniano Ali Hatami, è nata a Tehran, dove è tornata dopo gli studi in Svizzera. Anche se è apparsa sul grande schermo in piccoli ruoli nei film del padre durante l’infanzia e in un ruolo nel 1992 in Delshodegan (The Love Stricken), ha fatto il vero ingresso da protagonista nel cinema con Leila di Dariush Mehrjui nel 1996, per il quale ha ricevuto il favore della critica.
Ha vinto il premio come migliore attrice al Montreal Film Festival 2002 per il suo ruolo in Istgah-Matrouk (The Deserted Station)di Alireza Raeisian e l’Orso d’argento del 61° Festival di Berlino come miglior attrice per Jodaeiye Nader az Simin (Una separazione, 2011) di Asghar Farhadi.
Ha recitato in Mix di Dariush Mehrjui (2000), Ertefae Past (Low Altitude, 2002) di Ebrahim Hatamikia, Sima-ye zani dar doordast (Portrait of a Lady Far Away, 2005) di Ali Mosaffa, Shirin di Abbas Kiarostami (2008), Aseman-e mahboob (What a wonderful life or Lovely Sky, 2009) di Dariush Mehrjui.