Redan under sin skådespelarutbildning, först på teaterskolan Les Enfants Terribles i Paris, därefter på Actors Studio i New York City, fick Léa Seydoux framträdande roller i franska filmer. Hon filmdebuterade i komedin ”Mes copines” (2006), och med ”Inglourious Basterds” (2009) påbörjade hon även en internationell karriär med biroller i filmer