Heather Alexandra Mann, de son vrai nom, est originaire de la ville de San Francisco, qui fut élevée par sa mère, agent immobilier.
Après avoir obtenu son diplôme à la Corona del Mar High School, elle débute sa carrière d'actrice à 17 ans dans des publicités télévisées. En 1991, elle débute au cinéma dans un rôle de second rang dans la comédie Virgin High, suivi trois ans plus tard d'un rôle d'infirmière dans la série Birdland, arrêté au bout de six épisodes.
En 1995, elle postule pour une audition de 500 personnes afin d'obtenir le rôle de Robin Harris, l'ex-petite amie de Steven Kovacs (incarné par Matthew Broderick) pour le film Disjoncté, réalisé par Ben Stiller. Elle obtient le rôle qui est pour la jeune femme de 23 ans un tournant dans sa carrière puisqu'elle obtient un premier rôle important, qui lui permet de partager la vedette avec Jim Carrey, Matthew Broderick, ainsi qu'une scène avec Owen Wilson, alors peu connu du grand public. C'est durant ce tournage qu'elle rencontre Judd Apatow, le producteur du film. Bien que le film n'ait pas obtenu le succès escompté à sa sortie en salles en 1996, la carrière de la jeune femme est lancée. Toujours en 1996, elle apparaît dans quatre films : la comédie policière
Tête brûlée, réalisé par Wes Anderson, la comédie sentimentale Petits mensonges entre frères, où elle est l'amie d'un des personnages principaux féminins, la comédie dramatique Des choses que je ne t'ai jamais dites et le film d'action
Dernier Recours, où elle joue aux côtés de Bruce Willis.
En 1997, marié depuis peu à Judd Apatow, Leslie voit sa carrière véritablement décoller en incarnant Ursula Stanhope, personnage principal féminin, dans
George de La Jungle, produit par les Studios Disney. Le film est un succès commercial, rapportant 105 millions de dollars de recettes aux États-Unis et 174 millions de dollars de recettes dans le monde pour un budget de 55 millions de dollars. En 1999, un an après la naissance de sa première fille, elle incarne la petite amie du colocataire du personnage incarné par Adam Sandler dans
Big Daddy, qui malgré des critiques négatives, obtient un énorme succès (163 millions de dollars de recettes aux États-Unis et 233 millions dans le monde, pour un budget de 34,2 millions de dollars
De 2000 à 2002, elle tourne un épisode de Freaks & Geeks, produit par son époux et tourne des films tels que Timecode, Orange County et Harvard à tout prix.
Après la naissance de sa seconde fille en 2002, Leslie prend une pause de trois ans avant de reprendre les chemins des tournages en 2005. Sa carrière va prendre un nouvel essor, quand Judd Apatow, devenu son mari, la fait jouer dans certaines de ses productions - que ce soit comme producteur ou réalisateur.
Elle participe aux trois réalisations de son époux. D'abord elle incarne un rôle court mais assez mémorable, celui de la jeune femme ivre au volant avec Steve Carell dans 40 ans, toujours puceau, ensuite elle obtient un rôle d'importance en incarnant la soeur aînée de Katherine Heigl et épouse castratrice de Paul Rudd dans En cloque, mode d'emploi, pour lequel elle obtient une nomination au Chicago Film Critics Association Awards dans la catégorie Meilleure actrice dans un second rôle et puis elle est l'ancien amour d'Adam Sandler (qu'elle retrouve dix ans après Big Daddy) dans Funny People.
Elle a également joué dans un film produit par Apatow, Drillbit Taylor, garde du corps (2008), où elle une prof de lycée amoureuse du personnage principal (Owen Wilson).
Quand elle ne tourne pas des films avec son mari, elle tourne dans des films comme 17 ans encore, interprétant l'ex-femme de Matthew Perry, I Love You Phillip Morris, où elle l'épouse de Jim Carrey, qu'elle retrouve après Disjoncté et Shorts, où elle est une mère de famille.
Leslie Mann est mariée depuis le 9 juin 1997 avec le producteur-réalisateur et scénariste Judd Apatow, qu'elle a rencontré durant le tournage du film Disjoncté, pour lequel il est le producteur. De cette union va naître deux filles, Maud (née en 1998) et Iris (née en 2002), qui apparaissent dans En cloque, mode d'emploi et Funny People.