Lea Michele Sarfati nasceu no Bronx, Nova York, filha de Edith Thomasina (Porcelli), uma enfermeira, e Mark David Sarfati, um dono de delicatessen que virou corretor de imóveis. Sua mãe é descendente de italianos (de Roma e Nápoles), e seu pai é de ascendência judia sefardita (da Turquia e Grécia). Lea foi criada como católica em Tenafly, Nova Jersey, e se formou na Tenafly High School.
Aos oito anos, Lea foi com um amigo a uma convocação de elenco para um musical promissor. Depois de decidir espontaneamente pela audição, ela foi oferecida o papel e, duas semanas depois, ela estava estrelando na Broadway. Ela fez sua estréia na Broadway em 1995 como uma substituta para o papel de Young Cosette em "Les Misérables". Ela foi então escalada para o papel da filha de Tateh, a Little Girl, no elenco original da Broadway de 1998 de "Ragtime", e em 2004 ela interpretou Shprintze e subestudou o papel de Chava na remontagem da Broadway do musical "Fiddler on the Roof. "
Quando ela tinha 14 anos, Lea recebeu o papel de Wendla Bergmann na versão musical de Steven Sater e Duncan Sheik para "Spring Awakening". Ela estrelou nos primeiros workshops, off-Broadway, e finalmente originou o papel na produção da Broadway aos 20 anos. Por volta da mesma época em que o show iria para a Broadway, Lea recebeu o papel de Éponine Thénardier na remontagem da Broadway de "Os Miseráveis". Ela escolheu permanecer com "Spring Awakening", que estreou na Broadway em dezembro de 2006. Mais tarde, ela foi nomeada para o Drama Desk Award de Melhor Atriz em Musical. Após dois anos estrelando "Spring Awakening", Lea deixou o show com o co-star Jonathan Groff, para buscar outras oportunidades.
No final de 2008, Lea ganhou o papel de Rachel Berry na série dramática de comédia Glee (2009) e, desde a estreia do programa em 19 de maio de 2009, recebeu aclamação da crítica mundial por sua atuação. Ela recebeu o Satellite Award de 2009 de Melhor Atriz em Série - Comédia ou Musical, e mais tarde ganhou três People's Choice Awards e um Screen Actors Guild Award. Junto com seus prêmios, Lea também recebeu indicações ao Globo de Ouro e ao Emmy.
