1 Temmuz 1985'te Paris, Frans'da doğdu.Léa Seydoux iş adamı Henri Seydoux'nun kızı, Jérôme Seydoux'un torunudur, büyük Fransız film şirketi Pathe'nin ve Gaumont'un başkanıdır. Ayrıca yine Gaumont'un CEO'sudur.

Model ve oyuncu olan Seydoux, The Last Mistress (2007) ve On War (2008) gibi Fransız filmlerinde rol aldıktan sonra 2009 yılında La Belle Personne filmindeki rolüyle César Award'da Umut Veren En İyi Kadın Oyuncu dalında aday gösterildi. Bunun sonrasında dünyaca tanınmaya başlayan aktris Ridley Scott'un yönetmenliğindeki Robin Hood, Woody Allen'ın yönetmenliğindeki Midnight in Paris filmlerinde yan rollerde yer aldı. En büyük çıkışını 2013 yapımı Mavi En Sıcak Renktir filmindeki başrol Emma rolü ile yaptı. Bu cesur LGBT filmi ile dünya çapında tanınan ve beğenilen bir aktris haline geldi. Daha sonra hızla yükselen Seydoux, The Grand Budapest Hotel, The Lobster, Spectre, Alt Tarafı Dünyanın Sonu gibi ünlü ve başarılı filmlerde rol aldı.