Леонор Варела е родена на 29 декември 1972 г. в Сантяго де Чили, Чили, дъщеря на Леонор Палма, масажистка, и Франсиско Варела (Франсиско Хавиер Варела Гарсия), биолог, невролог и философ. Семейството ѝ бяга в Коста Рика, оставяйки зад гърба си диктатурата на Аугусто Пиночет. Впоследствие те пребивават в Германия, САЩ и Франция, където Варела учи.
През 90-те години се появява в чилийската сапунка Tic Tac (1997), както и в други френски и европейски продукции като Pony Trek (1995), Sous le soleil (1996), Le ciel est à nous (1997), A Legend to Ride (1997), Le juste (1996) или Bouge! (1997). Кариерата ѝ в Холивуд започва през 1998 г., когато се присъединява към актьорския състав на филма "Мъжът с желязната маска" (1998), когато се снима срещу Леонардо ди Каприо, и се появява в "Джеремая" (1998) срещу Патрик Демпси. На следващата година (1999 г.) играе главната роля в телевизионния филм на ABC "Клеопатра" (1999 г.) (TV) срещу бъдещия си годеник Били Зейн и Тимъти Далтън
Участва във филма "Шивачът от Панама" (2001) в ролята на Марта и във филма "Тексаски рейнджъри" (2001) в ролята на Пердита срещу Аштън Къчър. През 2002 г. се появява в ролята на озъбената вампирска принцеса Ниса в екшъна "Блейд II" (2002 г.) срещу Уесли Снайпс и Крис Кристофърсън, режисиран от Гийермо дел Торо. След това се появява Paraíso B (2002) в ролята на Глория и в Pas si grave (2003) в ролята на Анджела.
Варела има и кратка постоянна роля в сериала на телевизия Fox Arrested Development (2003 г.) като оригиналната Марта. През 2005 г. е номинирана за наградата "Ариел" в категорията "Най-добра актриса" за филма "Voces inocentes" (2004). Тя има и неповтаряща се роля в Stargate: Атлантида (2004).
През 2005 г. се появява в ролята на Адела в Americano (2005), а следващите ѝ проекти включват Goal II: (2007) в ролята на журналистката Джордана Гарсия, Where God Left His Shoes (2007) с Джон Легуизамо и продуцирания от Дженифър Лопес телевизионен сериал Como ama una mujer (2007).
През 2008 г. на филмовия фестивал "Сънданс" са показани "Дилър на сънища" (2008) и "Адска езда" (2008) на Лари Бишъп с Майкъл Мадсен и Ерик Балфур, продуциран от Куентин Тарантино. - И.И. превод