Leelee Sobieski nació el 10 de junio de 1983 en Nueva York, ciudad en la que fue descubierta de niña cuando un cazatalentos la vio en una cafetería. Entonces audicionó para el papel de Claudia en Entrevista con el vampiro (1994) que finalmente no obtuvo, pues Kirsten Dunst se quedó con él.
Aunque no obtuvo el papel, comenzó a aparecer en otras películas con mínimo éxito. Fue en su adolescencia que saltó a la fama cuando apareció en la exitosa película Impacto profundo (1998). Continuó apareciendo en películas que hoy se consideran clásicos de distintos géneros cinematográficos: Jamás besada (1999) y Ojos bien cerrados (1999).
En televisión tuvo un rotundo éxito cuando interpetó a Juana de Arco en la película para televisión homónima, lo que le ganó nominaciones al Globo de oro y al Emmy. Otra nominación al Globo de oro le llegaría en el 2001 gracias a su actuación en la miniserie Rebelión en Polonia: Sublevación en el gueto. Aunque alguna vez pensó en dirigir, Sobieski, anunció en 2012 su retiro de la actuación para dedicarse a su vida familiar. Sus últimos proyectos fueron Drop dead diva (2010), The good wife (2011), NYC 22 (2012) y Branded (2012). En 2016 hizo una pequeña aparición en la cinta Last film festival y hasta ahora no ha confirmado su regreso a la actuación.
