È nata nel Bronx di New York, figlia di un’ italoamericana e del proprietario di un negozio di alimentari. È cresciuta a New York e Tenafly nel New Jersey, ha studiato alla Rockland Country Day School di New York e poi alla Tenafly High School.
Il suo debutto da attrice avviene a a Broadway nel 1995, a soli nove anni, interpretando la giovane Cosette nel musical Les Misérables sempre a Broadway, nel 1998 invece lavora in Ragtime, sempre in scena a Broadway. Nel 2000 debutta in televisione, partecipando all’episodio Torna la primavera della serie televisiva Squadra emergenza. Nel 2004 partecipa ad un rivisitazione del musical Fiddler on the Roof e prende parte ad un produzione a livello regionale de Il diario di Anna Frank.
Nel 2009 viene ingaggiata per far parte del cast della serie televisiva scritta da Ryan Murphy, Glee. In Glee Lea interpreta la talentuosa cantante Rachel Berry. Per la sua interpretazione in Glee, vince un Satellite Awards 2009 e viene nominata a due Golden Globe come miglior attrice in una serie commedia o musicale e ai Premi Emmy sempre come miglior attrice in una serie commedia o musicale. Nel 2010 è stata inserita nella lista delle 100 persone più influenti secondo il Time.
Nel 2012 vince il People’s Choice Awards come miglior attrice in una commedia televisiva, titolo che verrà riconfermato nell’edizione 2013 dei People’s Choice Awards.
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