Née le 16 août 1946 à New-York (New-York).Elle devient ballerine à l'age de 6 ans. Elle étudie ensuite à l'école de Ballet américain quand elle commença le métier d'actrice. Elle fait ensuite de nombreux spot publicitaires et des couverures de magazines comme Look. Lesley Ann Warren fût la plus jeune actrice Jeune actrice à faire l'Actor Studio : elle avait 17 ans. Elle fît ses débuts à la télévisison en 1965. Deux ans plus tard, les studios Disney l'engage pour jouer dans deux de leurs productions : "The happiest millionaire" (1967) et "Once and only" (1968). Après quelques rôles, elle est choisie pour jouait le rôle de Dana Lambert dans la série "Mission impossible" de 1970 à 1971.
Dans les années 70, elle tourne beaucoup pour la télévision, notamment dans un épisode de "Night gallery" et de "Columbo".La mini-série "La plantation" en 1980, lui permet de joer le rôle e Sarah Kendrick, 'une femme forte déterminée à lutter contre l'adversité. Elle aborde les années 80, avec des rôles marquants comme dans "Victor, Victoria" (1982), "Cluedo" (inspiré du jeu de société, en 1985). Dans le thriller "Cop" en 1987, elle se retrouvait face à James Woods.
Parmi ses films récents on note "chienne de vie" réalisé par Mel Brooks en 1991. On remarquera également son interprétation remarquanle dans le téléfilm "Trahison en série" en 1990, dans lequel elle joue Barbara Walker la femme d'un militaire américain qui va espionner pour l'URSS. En 1996, elle est apparue dans "Dreams", la revue musicale de Johnnny Mercer à Nashville, puis à Broadway en mai 1997. Mariée à Jon Peters de 1967 à 1977, elle vient de se remarier le 16 janvier 2000 avec Ron Taft.