Après des études de Lettres, Léa Mysius suit les enseignements de la Femis dont elle sort en 2014. Elle réalise les courts métrages Cadavre exquis, Les Oiseaux-tonerre 
Elle est co-scénariste du film Les Fantômes d’Ismaël d’Arnaud Desplechin. En 2017, elle réalise son premier long métrage, Ava
 En 2018, elle collabore à nouveau avec Arnaud Desplechin pour le scénario de Roubaix, une lumière, présenté au Festival de Cannes.