Справжнє ім'я та прізвище — Анна-Марія Массатані. Дебютувала в кіно виконанням головної ролі у фільмі Маріо Монічеллі«Заборонено» (Proibito, 1954). Звернула на себе увагу у фільмі режисер М. Антоніоні «Пригода» (L'avventura, 1960), де зіграла невелику роль. Леа Массарі багато знімалася у Франції у фільмах Луї Маля, Рене Клемана, Клода Соте, Анрі Вернея, Клода Піното. Виступає і як сценарист.