Lea Michele est née dans le Bronx, à New York. Elle est la fille unique de Marc Sarfati, un propriétaire de delicatessen d'origine espagnole séfarade et d'Edith, une infirmière d'origine italienne catholique. Elle grandit à Tenafly (New Jersey) et étudie à la Tenafly High School. Elle est ensuite admise à la Tisch School of the Arts de l'Université de New York.