Le père de Léa Seydoux est l'homme d'affaires et collectionneur d'art français Henri Seydoux. Il est le président-directeur général de Parrot, un fabricant français de produits sans fil. Il a également produit et/ou financé plusieurs films, dont Le Scaphandre et le Papillon (2007), Adieu, ma Reine (2012) et Saint Laurent (2014). Léa a deux frères aînés, André et Camille, qui travaillent tous deux dans le secteur du cinéma.