লীলা মজুমদারের জন্ম কলকাতার রায় পরিবারে ২৬ ফেব্রুয়ারি ১৯০৮ সালে।
তাঁর বাবার নাম প্রমদারঞ্জন রায় ও মা সুরমাদেবী। তাঁর বাল্যজীবন কাটে শিলংয়ে। সেখানকার 'লরেটো কনভেন্ট' এ তিনি পড়াশোনা করেন। কলকাতা বিশ্ববিদ্যালয়ের ইংরেজি পরীক্ষায় তিনি ইংরেজিতে সর্বোচ্চ নম্বর অর্জন করেন।
১৯৩৩ সালে তিনি বিয়ে করেন দন্তচিকিৎসক ডা. সুধীরকুমার মজুমদারকে। এ বিয়েতে তাঁর বাবার প্রবল বিরোধিতা সত্ত্বেও তিনি তাঁর স্বনির্বাচিত পাত্রকেই জীবনসঙ্গী হিসেবে গ্রহণ করেন।
পিতৃপরিবারের অন্যদের সঙ্গে সম্পর্ক অটুট থাকলেও বাবার সঙ্গে সম্পর্ক চিরকালের মতো ছিন্ন হয়। বিবাহিত জীবনে তাঁরা সুখি দম্পতি ছিলেন। স্বামী আজীবন তাঁর সাহিত্যচর্চা নিয়ে উৎসাহী ছিলেন।
তাঁর প্রথম গল্প ‘লক্ষ্মীছাড়া’ ১৯২২ সালে 'সন্দেশ' পত্রিকায় প্রকাশিত হয়। 
১৯৬১ সালে সত্যজিৎ রায় 'সন্দেশ' পত্রিকা পুনর্জীবিত করলে তিনি ১৯৬৩ থেকে ১৯৯৪ সাল পর্যন্ত সম্পাদক হিসেবে পত্রিকাটির সঙ্গে যুক্ত ছিলেন।
তাঁর কয়েকটি উল্লেখযোগ্য গ্রন্থ হলদে পাখির পালক, টং লিং, পদি পিসির বর্মী বাক্স ও সব ভুতুড়ে।
তিনি অনেক শিক্ষামূলক রচনা ও রম্যরচনা ইংরেজি থেকে বাংলায় অনুবাদ করেন। তাঁর আত্মজীবনীতে শিলংয়ের ছেলেবেলা, শান্তিনিকেতন ও অল ইন্ডিয়া রেডিওর সঙ্গে তাঁর কাজকর্ম, রায়চৌধুরী পরিবারের মজার ঘটনাবলি ও বাংলা সাহিত্যে দীর্ঘ পরিভ্রমণের কথা বর্ণিত হয়েছে।
রবীন্দ্র পুরস্কার, আনন্দ পুরস্কার, বিদ্যাসাগর পুরস্কার, ভুবনেশ্বরী পদক, দেশিকোত্তমসহ নানা পুরস্কার ও সম্মাননায় তিনি ভূষিত হয়েছেন।
তাঁর রচিত উপন্যাস 'পদি পিসির বর্মী বাক্স' পরবর্তীকালে চলচ্চিত্রায়িত হয়।
২০০৭ সালের ৫ এপ্রিল তিনি মারা যান।