Ojciec, Jean Sobieski jest francuskim malarzem polskiego pochodzenia, a matka amerykańską producentką i scenarzystką. Leelee przygodę z filmem rozpoczęła od szkolnej stołówki, gdzie odkrył ją agent Woody'ego Allena. Aktorka często podróżuje ze Stanów do Europy. Głównie do Londynu i na południe Francji, gdzie mieszkają jej rodzice. Płynnie mówi po angielsku, francusku i "trochę" po polsku. Bardzo dużo odziedziczyła po rodzicach. Jej mocną stroną jest malarstwo i ceramika. Zna się też na muzyce. Jej ulubioną muzyką jest blues. Pisze też wiersze i jeździ konno. Ma młodszego brata Roberta. Największym jej sukcesem jest główna rola w telewizyjnej wersji "Joanny D'Arc", za którą była nominowana do nagrody Emmy oraz do Złotego Globu. Duży wpływ na jej karierę miał też epizod, który zagrała w głośnym thrillerze erotycznym "Oczy Szeroko Zamknięte" Kubricka. Popularność wśród młodzieżowej publiczności zawdzięcza dramatycznej historii miłosnej "Miejsce na ziemi" Marka Piznarskiego, gdzie wystąpiła z Chrisem Kleinem. Powodzeniem cieszyły się również kolejne filmy z jej udziałem: "Szklany dom" Daniela Sackheima i "Prześladowca" Johna Dahla. Leelee Sobieski jest uważana za jedną z najbardziej obiecujących aktorek młodego pokolenia w Hollywood.