Народилася 1 липня 1931 року у паризькому передмісті Булонь-Біянкур в родині французького хіміка Жана-Клода Карона і американської танцюристки Маргарет Петіт (у 60-річному віці покінчила життя самогубством). Її старший брат Ейморі став хіміком.
У 9-річному віці почала займалася балетом (була однокласницею Бріжіт Бардо в танц-класі Бориса Князєва). В 16 років вступила до балетної трупи Ролана Петі «Ballet des Champs Elysées», де була помічена актором-танцюристом Джином Келлі, що саме шукав заміну Сід Чарісс, яка планувалася на головну роль у фільмі «Американець в Парижі», але на той час через вагітність не могла зніматися. Завдяки цьому випадку нікому не відома француженка від балетного станка одразу потрапила на головну роль у голлівудському мюзиклі. Фільм був надзвичайно успішний, здобув кілька премій Оскар та приніс Карон популярність і семирічний контракт зі студією MGM.
1955 року дебютувала на театральній сцені, спільно з Полем Мерісом взявши участь у постановці першої п'єсы Жана Ренуара «Орве», яку він написав 1953 року спеціально для неї.
1962 року зіграла головну роль у британській кінодрамі «Кутова кімната» Браяна Форбса, за яку отримала премію BAFTA найкращій британській акторці та премію Золотий глобус найкращій акторці у драмі, а також другу номінацію на премію Оскар найкращій акторці[8]. 1977 року виконала роль зірки німого кіно Алли Назімової у біографічній драмі Кена Расселла «Валентино» з Рудольфом Нурєєвим у головній ролі.
1967 року була членом журі 5-го Московського кінофестивалю. 1989 року була членом журі 39-го Берлінського кінофестивалю[9].
1982 року у видавництві «Даблдей» вийшла її збірка оповідань «Помста» (англ.Vengeance). 2009 року у видавництві Viking Press вийшла її автобіографія «Дякуючи небесам: Спогади» (англ.Thank Heaven: A Memoir).
У 1993—2009 роках володіла і керувала готелем і рестораном «La Lucarne aux Chouettes» (Совине гніздо) у містечку Вільнев-сюр-Іонн (приблизно за 130 км на південь від Парижа)[10].
2009 року отримала іменну зірку на Голлівудській алеї слави[11]. У лютому 2010 року виконувала роль мадам Армфельдт у постановці «Маленька нічна серенада» в паризькому Театрі Шатле, де її партнерами стали Грета Скаккі та Ламбер Вілсон. У 2016—2018 роках зіграла роль графині Мавродакі в шести епізодах серіалу «Даррелли», спродюсованому її сином Крістофером Голлом.
28 червня 2016 року на Міжнародному кінофестивалі у Торонто відбулася прем'єра документального фільму «Леслі Карон: Зірка мимоволі» (англ.Leslie Caron: The Reluctant Star) канадського режисера Ларрі Вайнштейна[12].
Особисте життя
Карон тричі була у шлюбі, кожен з яких завершився розлученням:
1951—1954 — Джорді Хормел (1928—2006), американський композитор, онук Джорджа А. Хормела, засновника м'ясокомбінату Hormel.
1956—1965 — Пітер Голл (1930—2017), британський театральний режисер. У пари народилися двоє дітей — син Крістофер Джон Голл (1957, телепродюсер) та дочка Дженніфер Карон Голл (1958, письменниця, художниця та акторка, у шлюбі зі сценаристом та телепродюсером Гленном Вілгайдом). Причиною розлучення став роман Карон з актором Ворреном Бітті.
1969—1980 — Майкл Лафлін (1938—2021), американський режисер та продюсер.
У 1994—1995 роках перебувала у стосунках з нідерландським актором Робертом Волдерсом[13].