Su nombre real era Anna Maria Massetani, pero a los 22 años lo cambió por Lea Massari, tras el fallecimiento de su pareja, Leo. Estudió arquitectura en Suiza.

Comenzó a ser conocida por dos papeles, Anna, la chica desaparecida en La aventura (1960) del director Michelangelo Antonioni, y como Clara, la madre de un precoz chico de 14 años de nombre Laurent (Benoît Ferreux) en El soplo al corazón (1971) de Louis Malle.^[2]​

Su carrera cinematográfica incluye El coloso de Rodas (1961), el debut como director de Sergio Leone,^[3]​ así como otras películas internacionales como Les choses de la vie (1970).

Fue miembro del jurado del Festival de Cannes en 1975.^[4]​

• La giornata balorda (1960)
• La aventura (1960)
• Una vida difícil (1961)
• El coloso de Rodas (1961)
• Le quattro giornate di Napoli (1962)
• L'Insoumis (1964)
• Llanto por un bandido (1964)
• Des Filles pour l'armée (1965)
• Volver a vivir (1966)
• Lo quiero muerto (1968)
• Les Choses de la vie (1970)
• Céleste (1970)
• El soplo al corazón (1971)
• La Course du lièvre à travers les champs (1972)
• La prima notte di quiete (1972)
• Allonsanfàn (1973)
• La Femme en bleu (1973)
• Le Fils (1973)
• Le Silencieux (1973)
• La Main à couper (1974)
• Peur sur la ville (1975)
• L'Ordinateur des pompes funèbres (1976)
• El perro (1977)
• Violette et François (1977)
• Repérages (1977)
• Sale rêveur (1978)
• Les Rendez-vous d'Anna (1978)
• Le Divorcement (1979)
• Cristo se paró en Éboli (1979)
• La Flambeuse (1981)
• Sarah (1983)
• La 7ème cible (1984)
• Una Donna a Venezia (1986)

•   Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Lea Massari.
• Lea Massari en Internet Movie Database (en inglés).