Lea lấy nghệ danh Lea Michele khi còn nhỏ tuổi trong buổi thử vai đầu tiên. Cô nói rằng sự thay đổi đó là vì cô từng bị trêu chọc do cách phát âm tên họ của mình. Cô theo học tại Stagedoor Manor ở Catskills, một trung tâm đào tạo biểu diễn nghệ thuật. Sau đó cô được nhận vào Tisch School of the Arts tại trường đại học New York, nhưng thay vào đó cô đã tiếp tục biểu diễn chuyên nghiệp trên sân khấu nhạc kịch.
Lea nổi tiếng nhất với vai diễn Rachel Berry trong sê ri phim truyền hình Glee của FOX, với vai diễn này cô đã nhận được hai đề cử cho giải quả cầu vàng và một đề cử cho giải Emmy. Lea bắt đầu hoạt động chuyên nghiệp với tư cách là một diễn viên nhí ở Broadway trong các vở kịch như Những người khốn khổ, Ragtime và Fiddler on the Roof. Năm 2006, cô bắt đầu đảm nhận vai Wendla trong vở kịch Broadway Spring Awakening.
Ngày 18 tháng 9 năm 2012, Lea được cho biết là đang thực hiện album solo đầu tay của mình. Cô bắt đầu thu âm cho album này không lâu sau ngày 1 tháng 10 năm 2012. Cô nói rằng đây là một 'quá trình lâu dài' nhưng cô muốn album này 'thiên về pop/rock' thay vì chịu ảnh hưởng của Broadway. Tại giải quả cầu vàng năm 2013, Lea đã trao giải nữ diễn viên phim truyền hình xuất sắc nhất cho Nathan Fillion.
Lea đóng vai trò là giọng ca chính trong 14 trên 25 ca khúc thành công nhất của Glee cho đến tháng 2 năm 2012. Bên cạnh đó, hơn 70 ca khúc với sự góp mặt của Lea đã lọt vào các bảng xếp hạng Billboard, hơn bất kỳ một bạn diễn nào
