Seit Kindesbeinen an mit einem offenen Herz für die Schauspielerei - Téas Oma war Schauspielerin am Broadway - strebte Leoni allerdings einen bürgerlichen Beruf an und fand erst nach ihrer Studienzeit am Sarah Lawrence College (Anthropologie, Psychologie) über das US-Seriengeschäft den Einstieg in ihren heutigen Beruf. In den Staaten lernte man die heutige Ehefrau von "Akte X"-Hauptdarsteller David Duchovny (Heirat Mai 1997) als die unberechenbare schöne Alicia in der Comedy-Serie "Flying Blind" (1992) kennen. Einem breiten Publikum wurde Leoni durch ihre viel gelobte Rolle der Nora Wilde - einer ehemaligen Dame der Gesellschaft, die als Fotografin für die Klatschpresse arbeitet - in der Sitcom "The Naked Truth" (1996-98) bekannt.
Für das "Switch"-Dreamgirl (1991) folgen Engagements in "A League of Their Own (1992), "Wyatt Earp - Leben einer Legende" (1994), "Bad Boys - Harte Jungs" (1995). Größere Rollen in den anfangs genannten Filmen ergeben sich dann nach ihrer Heirat mit Duchovny. Im April 1999 kam Töchterchen Madelaine West Duchovny zur Welt. Weitere Filme mit Téa Leoni: "Hollywood Ending" (2002), "Im inneren Kreis" (2001), "House of D", "Spanglish" (beide 2004), "Dick und Jane: Zu allem bereit, zu nichts zu gebrauchen" (2005), "You Kill Me" (2007), "Wen die Geister lieben" (2008), "Aushilfsgangster" (2011).