Haar vader was een Frans chemicus, haar in Amerika geboren moeder een ex-danseres.

Niet verrassend dus dat Leslie Caron al op 10-jarige leeftijd balletlessen volgde. Toen ze 16 was maakte ze al deel uit van het Ballet des Champs-Elysées van Roland Petit. Ze danste er hoofdrollen in stukken als Le jeune homme en La mort ! van Jean Cocteau.

Het was Gene Kelly die naar Parijs was afgezakt die haar aan het werk zag en haar dus eigenlijk ontdekte. Het gevolg hiervan : een filmdebuut aan zijn zijde in An American in Paris, een film die maar liefst zes Oscars kreeg, waarin ze schitterde in iets waarin ze zo goed was : dansen. Haar natuurlijke charme en de sierlijke manier waarop ze danste zorgden er voor dat ze hierna nog in een aantal MGM-musicals te zien was.

Ze combineerde het filmwerk wel met toneel. Zo was ze niet alleen te zien op Broadway maar ook in Londen en Parijs.

Het jaar daarop won ze in de categorie Foreign Actress een BAFTA voor haar rol in Lili, iets wat ze nog eens overdeed door haar rol in het drama The L-Shaped Room.

Vanaf halfweg de jaren ’50 was Leslie Caron zowel te zien in langspeelfilms als in toneelstukken. Ze was van 1951 tot 1954 gehuwd met George Hormel. In 1956 huwde ze dan met filmproducent Peter Hall waardoor ze ook in een aantal Engelse films een rol kreeg. Het paar scheidde in 1966.

In 1969 trouwde ze dan met producent Michael Laughlin.