Leonor Ceballos Watling nació en Madrid el 28 de julio de 1975. Es hija de madre británica y padre español (originario de la provincia de Cádiz). A los ocho años comenzó sus estudios de baile clásico, pero debido a una lesión de rodilla se vio obligada a abandonarlos.

Como actriz, hizo sus primeros pinitos en el teatro amateur en diversos centros culturales. En 1993 debutó en el cine con Jardines colgantes, de Pablo Llorca. Posteriormente, se trasladó a Londres para estudiar en el Actor's Center, siendo el inglés también su lengua materna. Tras intervenir en series televisivas como Hermanos de leche, Farmacia de guardia o Querido maestro, Leonor se afianzó en el cine en la segunda mitad de los años 90, especialmente tras ser candidata al Goya a mejor actriz protagonista por La hora de los valientes (1998), de Antonio Mercero, un premio que finalmente ganó Penélope Cruz. Luego protagonizó junto a Cayetana Guillén Cuervo la serie Raquel busca su sitio y la película Son de mar (2001), de Bigas Luna, donde la actriz se muestra en topless por primera vez.^[1]​ En 2002 estrenó la comedia A mi madre le gustan las mujeres, de Daniela Fejerman e Inés París, con cuyo papel de Elvira, una neurótica y desequilibrada mujer a la que su madre (Rosa María Sardà) le anuncia que se va a casar con una mujer, repitió nominación al Goya como protagonista. Tampoco se lo llevó en esta ocasión (fue para Mercedes Sampietro), pero sí consiguió el Fotogramas de Plata. Ese mismo año llegaría Pedro Almodóvar con Hable con ella, película que le dio un gran prestigio y en la que interpretaba a una bailarina en estado de coma, un papel con muy pocos diálogos.

En 2003 intervino en dos películas como actriz de reparto, Mi vida sin mí, de Isabel Coixet y En la ciudad, de Cesc Gay, además de la comedia francesa Mauvais esprit, de Patrick Alessandrin. Después ha protagonizado Inconscientes (2004), de Joaquín Oristrell, Crónicas (2004), una coproducción entre México y Ecuador dirigida por Sebastián Cordero, Malas temporadas (2005), de Manuel Martínez Cuenca y Tirante el Blanco (2006), de Vicente Aranda. Como secundaria ha participado en Salvador (2006), de Manuel Huerga, una película muy dura sobre el último ajusticiado a garrote vil durante la dictadura franquista y Teresa, el cuerpo de Cristo (2007), de Ray Loriga.

En 2007 se estrenan Belle du Seigneur, de Glenio Bonder, Los crímenes de Oxford, de Álex de la Iglesia y Lezione 21, de Alessandro Baricco. En ninguna de ellas Leonor es la protagonista y es que recientemente ha declarado que le «ofrecen mejores papeles secundarios que protagonistas».

Posteriormente, ha aparecido en Pulsaciones, estrenada en enero de 2017 en Antena 3 y ese mismo año en la película Musa de Jaume Balagueró. En 2018, aparece en Vivir sin permiso, en Telecinco.

Paralelamente a su carrera cinematográfica, Watling ha triunfado como cantante y letrista del grupo Marlango, junto a Alejandro Pelayo y Óscar Ybarra (quien abandona el grupo después del quinto disco), con los que ha editado siete discos: Marlango (2004), Automatic imperfection (2005), The electrical morning (2007), Life in the Treehouse (2010), Un día extraordinario (2012), El porvenir (2014) y Technicolor (2018).

El 13 de noviembre de 2024, se anuncia que presentará la Gala de los Premios Goya 2025, el 8 de febrero de 2025, en Granada, con Maribel Verdú. ^[2]​

Su actual pareja es el cantautor uruguayo Jorge Drexler, con quien tiene dos hijos: Luca, nacido a comienzos de 2009, y Leah, nacida en julio de 2011.

Prince of Persia: El alma del guerrero (2004, en este videojuego puso su voz a la emperatriz Kaileena)

Harry Potter y el prisionero de Azkaban (2020 narradora)

• Marlango (2004)
• Automatic imperfection (2005)
• The Electrical Morning (2007)
• Life in the Treehouse (2010)
• Un día extraordinario (2012)
• El porvenir (2014)
• Technicolor (2018)
• Altafonte Sessions presenta... Marlango (2019)

• Selection (2007)
• Automatic Imperfection / The Electric Morning (2011)

• Miguel Bosé (voz principal en «Este mundo va» del álbum Papito)
• Jorge Drexler (coros en «El otro engranaje» del álbum 12 segundos de oscuridad)
• Diego Vasallo (coros en «La vida mata» del álbum Los abismos cotidianos)
• Fito Páez (dúo en «Pétalo de sal» y «Creo» No sé si es Baires o Madrid)
• Jorge Drexler (segunda voz en «toque de queda» Amar la trama)
• Coque Malla (dueto en "Berlín")
• Enrique Bunbury (Dúo en "Dinero")
• Kanaku y El Tigre (colaboración en «Pulpos» del álbum Quema Quema Quema)
• Rayden (colaboración en "Amalgama" del álbum Antónimo)

Premios Goya

Fotogramas de Plata

Unión de Actores

Círculo de Escritores Cinematográficos^[3]​^[4]​

Festival de Cine de Cartagena de Indias

Premios Sant Jordi

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