Hija de Francisco Varela y Leonor Palma, es de ascendencia franco-chilena y se crió en Colorado, Estados Unidos. Comenzó como modelo y luego se convirtió en actriz. Hizo su debut en Hollywood en "El hombre de la máscara de hierro", donde realizaba un pequeño papel en que bailaba con Leonardo DiCaprio.
Participó en varios proyectos para la televisión, siendo coprotagonista junto a Patrick Dempsey en "Jeremiah" y en la miniserie "Cleopatra", donde interpretó a la legendaria reina.
Ha participado también en las series "Backstage", "Inca de Oro", "A Legend to Ride", y "Poney Treck", además de en los filmes "El sastre de Panamá" y "Texas Rangers". En la televisión ha participado en "Exterme Limite" y "Sous Le Soleil", ambas de la televisión francesa, y en la telenovela chilena "Tic Tac", además de participar en la película de acción "Blade II" de Guillermo del Toro.
En enero del 2005, la cinta mexicana "Voces Inocentes", donde Leonor Varela tuvo uno de los personajes protagonistas, fue premiada por productores estadounidenses, consiguiendo el galardón dedicado a asuntos sociales "Stanley Kramer" en una ceremonia realizada en Los Ángeles. Este premio, que debe su nombre a un productor conocido por participar en asuntos sociales, fue compartido por "Voces Inocentes" y "Hotel Rwanda".
También participó en la primera temporada de la serie de la cadena Fox "Arrested Development" y estuvo a punto de aparecer en la serie norteamericana "E-Ring", pero un cambio de último minuto la alejó del elenco.
Antes de su fallida aparición en "E-Ring", Leonor había sido alejada de dos de sus proyectos más importantes; el film europeo "Gigola", y el prometedor film "Gilgamesh". A partir de ello Leonor se concentraría principalmente en el cine independiente, protagonizando junto a Joshua Jackson el film "Americano", dirigido por Kevin Noland.
Tras ello Leonor se ha concentrado en su rol protagónico y de coproductora en el film chileno "Caleuche: El Llamado del Mar", que trata sobre un mítico barco fantasma que ronda las costas del sur de Chile. También se encuentra trabajando en la comedia "Where God Left His Shoes" (Donde Dios dejó sus zapatos), en el thriller psicológico "Expecting", donde interpretará a una latina que decide comprar un hijo en forma ilegal, en la producción "Gol 2", y en la comedia para veinteañeros "Gary The Tennis Coach", donde también participan Seann William Scott (American Pie) y Randy Quaid (Secreto en la montaña).
Entre sus proyectos más interesantes se encuentra el film épico "Love and Virtue" dirigido por Raúl Ruiz y que cuenta con la participación de John Malkovich, donde interpretaría a la malvada Morgana, y la coproducción estadounidense-europea "Seed of Contention".
Por problemas de tiempo, Leonor se retiró del elenco de "¡Pega Martin Pega!", película chilena donde interpretaría a la mujer del boxeador Martín Vargas.
En octubre de 2007 interpreto a Jennifer López en la miniserie Cómo ama una mujer, basada en la vida de la cantante neoyorkina. Cómo ama una mujer cuenta con cinco capitulos de una hora, filmados en formato de cine bajo la direccion del mexicano Antonio Serrano,y que transmitio Univisión con altos indices de audiencia. La miniserie causo escándalo, pues contaba abiertamente qué pasó con la vida de Jeniffer López en el año 2004, cuando termino su relacion con Ben Affleck (interpretado por Christian De la Fuente) y se caso con el cantante puertorriqueño Marc Anthony.
Filmografía
Pony Trek (1995) - Anette
Sous le soleil (1996) - Jeanne
Le ciel est à nous (1997) - Vanessa
Bouge! (1997) - La danseuse
Jeremiah (1998) - Judith
El hombre de la máscara de hierro (1998) - Ballroom Beauty
Les parasites (1999) - Fidelia
Cleopatra (1999) - Cleopatra
Les infortunes de la beauté (1999) - Annabella
El sastre de Panamá (2001) - Marta
Texas Rangers (2001) - Perdita
Paraíso B (2002) - Gloria
Blade II (2002) - Nyssa Damaskinos
Pas si grave (2003) - Angela
¡Que te calles! (2003) - Katia
Voces Inocentes (2004) - Kella
Americano (2005) - Adela
Gol 2: Living the Dream (2006) - Jordana García
Caleuche: El llamado del mar (2006) - Isabel Millalobos
Seed of Contention (2006) - Mila
Televisión
Sous le soleil (1996) - Jeanne
Le ciel est à nous (1997) - Vanessa
Bouge! (1997) - La danseuse
Jeremiah (1998) - Judith
El hombre de la máscara de hierro (1998) - Ballroom Beauty
Les parasites (1999) - Fidelia
Cleopatra (1999) - Cleopatra
Les infortunes de la beauté (1999) - Annabella
El sastre de Panamá (2001) - Marta
Texas Rangers (2001) - Perdita
Paraíso B (2002) - Gloria
Blade II (2002) - Nyssa Damaskinos
Pas si grave (2003) - Angela
¡Que te calles! (2003) - Katia
Voces Inocentes (2004) - Kella
Americano (2005) - Adela
Gol 2: Living the Dream (2006) - Jordana García
Caleuche: El llamado del mar (2006) - Isabel Millalobos
Seed of Contention (2006) - Mila
Televisión