Léa Seydoux, de son nom complet Léa Hélène Seydoux Fornier de Clausonne naît dans le 16e arrondissement de Paris. Elle est originaire de deux des plus grandes familles de la bourgeoisie d'affaires françaises : les Schlumberger et les Seydoux, croisées à la fois par ses parents et ses arrières-grands-parents. Sa mère, Valérie Schlumberger, a travaillé comme styliste-couturière et mannequin. Son père Henri Seydoux est ingénieur et entrepreneur, fondateur notamment de l'entreprise de haute technologie Parrot. Le père de Léa Seydoux, Henri Seydoux (ici en 2016) est le cofondateur de la société de technologie Parrot.

Cette ascendance lie Léa Seydoux à de nombreuses personnes d'influence dans l'industrie culturelle françaisea. Par son père, elle est ainsi la petite-fille de Jérôme Seydoux, président du groupe producteur et distributeur de films Pathé ; la petite-nièce de Nicolas Seydoux, président du conseil de surveillance du groupe rival Gaumont, ainsi que de Michel Seydoux, producteur de cinéastes indépendants et notamment du film Dune de Jodorowsky ; et la cousine de Sidonie Dumas, fille de Nicolas Seydoux et directrice générale de Gaumont. Par sa mère, Léa Seydoux est aussi la belle-sœur de l'écrivain Serge Bramly et la tante de l'écrivaine Carmen Bramly. Si les familles Seydoux et Schlumberger restent relativement méconnues en-dehors des cercles industriels, plusieurs journaux relèvent que la mise en lumière médiatique intense de Léa Seydoux en France à partir du Festival de Cannes 2013 les sort de l'ombre et dévoile auprès du grand public leur influence dans des secteurs tels que le cinéma, le football (les clubs du LOSC et de l'Olympique lyonnais), la haute technologie (Parrot mais aussi PrestaShop), la restauration (Big Mamma) ou encore la mode (plusieurs marques indépendantes de prêt-à-porter).

Entretemps, son père se remarie avec la mannequin mondaine Farida Khelfa, ce qui amène la jeune fille à voir à la maison Christian Louboutin, un intime de ses parents et associé de son père ou bien encore, dans la propriété familiale de l'île Moustique, des célébrités telles que Mick Jagger, Lou Reed ou Elle Macpherson.