Après avoir étudié le théâtre au lycée, Leïla Bekhti enchaîne les petits boulots tout en cherchant à percer dans la comédie. Poussée par des amies, elle participe au casting de Sheitan, film de Kim Chapiron mettant en scène Vincent Cassel : elle décroche le rôle de Yasmine.
 
Elle se fait alors remarquer pour sa prestation et obtient des rôles dans des films comme Paris, je t'aime (2005) ou encore dans la première réalisation de Roschdy Zem, Mauvaise foi (2006).
 
Sa carrière est lancée. Elle alterne ses prestations entre le cinéma et la télévision, en jouant par exemple aux côtés de Gérard Jugnot dans Ali Baba et les 40 voleurs (TV) .    
 
En 2008 elle joue dans les deux grands polars français, Mesrine : L'Instinct de mort de Jean-Francois Richet où elle retrouve Vincent Cassel et Un prophète de Jacques Audiard, Grand Prix du jury au Festival de Cannes.    
 
Parallèlement aux grosses productions, elle joue également dans des films intimistes se déroulant au Maghreb, dont elle est originaire, avec par exemple La source des femmes de Radu Mihaileanu.    
 
En 2008, elle est Lya, le premier rôle de  Des Poupées et Des Anges, de  Nora Hamdi, une jeune musulmane cherchant à acquérir son indépendance auprès son père, grâce au sport de combat.
 
En 2010 elle joue Tout ce qui brille, film co-réalisé par Géraldine Nakache et Hervé Mimran avant de jouer dans le premier film d’Anne Depetrini, Il reste du jambon ?.