Vivien Leigh, de son vrai nom Vivien Mary Hartley, naît le 5 novembre 1913 à Darjeeling, en Inde, de Ernest Hartley, un officier britannique de la cavalerie indienne, et Gertrude Robinson Yackje, dont les origines sont discutées.
Ils s'étaient mariés à Kensington, Londres en 1912. En 1917, Ernest Hartley est muté à Bangalore, mais Gertrude et Vivian habitent Ooty. Vivian Hartley fait sa première apparition sur scène à l'âge de 3 ans, en récitant Little Bo Peep pour le groupe de théâtre amateur de sa mère. Celle-ci essaie de lui inculquer le goût de la littérature et lui fait découvrir les œuvres de Hans Christian Andersen, Lewis Carroll et Rudyard Kipling, mais aussi les récits de la mythologie grecque et de la culture indienne. Fille unique, Vivian Hartley est envoyée au couvent du Sacré-Cœur à Roehampton, (à présent Woldingham School) en 1920 à l'âge de 6 ans et demi. Sa plus proche amie y sera la future actrice Maureen O'Sullivan, à qui elle exprime déjà son désir de devenir une "grande actrice".
Le 20 décembre 1932, elle se maria avec l’avocat Herbert Leigh Holman, et le 12 octobre 1933 donna naissance à une fille, Suzanne. Elle continua ses études en obtenant son diplôme de l'Académie royale de l'art dramatique.
Sa carrière démarra sur la scène. Sa première pièce de théâtre fut The Green Sash et ce fut The Mask of Virtue qui lui donna le statut de vedette. En 1935, elle débuta une carrière d'actrice avec des films comme The Village Squire, Things are Looking Up et Look Up and Laugh.
Laurence Olivier découvre Leigh dans The Mask of Virtue. Alors qu'ils jouent des
amants dans le film L'Invincible Armada en 1937, une attirance mutuelle se développe
et ils commencent une liaison amoureuse dès la fin du tournage. Laurence Olivier est
alors marié à l'actrice Jill Esmond. À cette période, Vivien Leigh lit
Autant en emporte le vent, le roman de Margaret Mitchell et demande à son agent
américain de souffler son nom à David O. Selznick, qui en prépare
l'adaptation. Elle le fit remarquer à un journaliste, "Je me suis moi-même choisie
pour être Scarlett O'Hara", et le critique C. A. Lejeune se souvient d'une conversation
dans laquelle l'actrice "nous souffla tous" avec l'affirmation qu'Olivier "ne
jouera pas Rhett Butler, mais je jouerai Scarlett O'Hara. Vous verrez".
Leigh joue ensuite le rôle d'Ophélie dans l'adaptation d'Hamlet par Olivier dans une production londonienne. C'est durant cette session que l'acteur découvre ses brusques changements d'humeur alors qu'elle se préparait à entrer sur scène. Sans raison apparente, elle commença à lui crier au visage, avant de plonger dans le silence, le regard vide. Elle joua ensuite parfaitement son rôle et avait oublié l'incident le jour suivant8. Ils commencèrent à vivre ensemble, sans obtenir ni l'un ni l'autre le divorce de leurs conjoints.
En 1938, Vivien Leigh joue avec Robert Taylor et Maureen O'Sullivan dans Vive les étudiants, le premier de ses films à attirer l'attention aux États-Unis, mais aussi le premier sur lequel elle est perçue comme une actrice difficile et incontrôlable. Alexander Korda informa son agent de la prévenir que son option ne sera pas renouvelée si elle n'améliore pas son comportement. Son rôle suivant est dans St. Martin's Lane (1938) avec l'acteur Charles Laughton.
Olivier avait déjà tenté une carrière à l'internationale, mais malgré son succès en Angleterre, il reste peu connu aux États-Unis. Lorsqu'on lui offre le rôle d'Heathcliff dans la production de Samuel Goldwyn des Hauts de Hurlevent (1939), il part pour Hollywood en laissant Leigh à Londres. Goldwyn et le réalisateur du film, William Wyler, lui proposent le second rôle d'Isabella, mais elle refuse, en prétextant ne pouvoir jouer que Cathy, le rôle déjà attribué à Merle Oberon.
En 1937, Vivien Leigh joua au côté de Laurence Olivier, sur le point de devenir une légende du théâtre, dans deux films: L'Invincible Armada et 21 jours ensemble (date de sortie 1940).
Le rôle le plus connu de Vivien Leigh est celui de Scarlett O'Hara dans Autant en Emporte le Vent (1939), pour lequel elle gagna l'Oscar de la meilleure actrice. Ce rôle, si convoité, avait entraîné une épuisante recherche de talents où de nombreuses actrices furent considérées pour le personnage de Scarlett, au côté de Clark Gable. Parmi celles-ci: Barbara Stanwyck, Bette Davis, Norma Shearer, Jean Arthur, Joan Crawford, Margaret Sullavan, Katharine Hepburn et Tallulah Bankhead.
Le producteur David O. Selznick sélectionna secrètement Vivien pour le rôle après l'avoir vue dans Vive les étudiants (A Yank at Oxford), mais personne ne le sut jusqu'en 1938, quand le tournage commença. Paulette Goddard devait normalement se voir attribuer le rôle de la sudiste de Margaret Mitchell.
Le 17 février 1940, Vivien Leigh divorça de Leigh Holman. Elle se remaria avec Laurence Olivier le 31 août 1940 à San Ysidro Ranch à Santa Barbara. Les mariés passèrent leur lune de miel sur le yacht de Ronald Colman.
En 1944, on diagnostiqua que Vivien était atteinte de tuberculose à cause d'une tache au poumon droit. Bien qu'elle continuât sa carrière avec Skin of Our Teeth (La peau sur les os) une pièce de Thornton Wilder, le film de 1946 César et Cléopâtre, et le film épique de 1948 Anna Karenine, sa maladie empirait.
En 1952, cependant, Vivien Leigh remporta un second Oscar du cinéma pour son interprétation de Blanche DuBois dans Un tramway nommé Désir. Le 6 décembre 1957, sa fille Suzanne se maria avec un agent d'assurance, Robin Farrington. Ils eurent leur premier enfant Neville Farrington le 5 décembre 1958. Plus tard, suivirent Jonathan, le 13 mai 1961 et Rupert, le 31 août 1962. Elle sera l'arrière-grand-mère d'Amy (née le 3 août 1989), Ashua (née le 6 septembre 1987), Sophie (née le 13 avril 1989) et Tessa qu'elle ne connaitra jamais.
Au début des années 1960, Vivien Leigh souffrit de deux fausses couches et la
gravité de sa tuberculose l'invalida. Elle fut aussi tourmentée par une maladie
maniaco-dépressive durant quelque temps, laquelle était vue comme un facteur
d'échec pour soigner sa maladie. Le 2 décembre 1960, Laurence Olivier et Vivien
divorcèrent à cause d'une infidélité d'Olivier avec l'actrice
Joan Plowright. Vivien continua à garder une photo de lui sur sa table de chevet, bien
qu'elle vécût désormais avec un nouveau compagnon, Jack (John) Merivale.
Vivian Mary Hartley, dite Vivien Leigh, morte le 7 juillet 1967 à Londres. Elle fut incinérée et ses cendres furent dispersées dans le lac Tickerage Mill Pond, non loin de Blackboys, Sussex, à Londres.