Téa Leoni nació en la ciudad de New York.

 Hija de Anthony Pantaleoni, un abogado y de Emily Patterson.

Se graduó en Brearley School, The Putney School y Sarah Lawrence College, también estudió Antropologia y Sicologia.

Leoni esta casada con el actor David Duchovny. Se casaron el  6 de mayo de 1997. Su primera hija es Madelaine West Duchovny nació el 24 de abril dse 1999 y su hijo Kyd Miller Duchovny, nacido el 15 de junio de 2002.

Un asteroide llamado 8299 Tealeoni, fue nombrado después de su personaje como reportera en la película Deep Impact.