Лотте Ленья, урождённая Королине Вильгельмине Шарлотте Бламауер (нем. Karoline Wilhelmine Charlotte Blamauer), родилась в столице Австрии, Вене, 18 октября 1898 года в католической семье. В 1914 году она покинула Австрию и переехала в Цюрих, где стала учиться. Там же она впервые стала выступать в театре, взяв при этом себе имя Лотте Ленья. В 1921 году она переехала в Берлин, где решила найти себе работу в качестве актрисы. В последующие годы она выступала в небольших ролях в берлинских театрах, а первый успех к ней пришёл в 1928 году после роли в постановке «Трёхгрошовая опера». Спустя три года она дебютировала в кино в экранизации этой постановки. Лотте Ленья также записала несколько своих песен на студии «Weils».
В 1926 году Лотте Ленья вышла замуж за известного немецкого композитора Курта Вайля. После прихода в Германии к власти нацистов актриса с мужем решили не задерживаться там. Чтобы не возникло проблем с иммиграцией им пришлось развестись и в марте 1933 году они покинули Германию и обосновались в Париже. В 1935 году Лотте Ленья с мужем переехали в США, где в 1937 году вновь оформили свой брак, а в 1941 году купили свой собственный дом в небольшой деревне в 50 км от Нью-Йорка. Лотте Ленья была вместе с мужем до его смерти в 1950 году, а после этого ещё трижды выходила замуж: дважды становилась вдовой, а в третий раз развелась.
В течение Второй мировой войны актриса продолжала работать в театре, участвовала в различных радиопостановках, а также продолжала записывать новые песни. Вскоре состоялся и её бродвейский дебют. В 1956 году Лотте Ленья стала обладательницей премии «Тони» за исполнение роли Дженни в английской версии пьесы «Трёхгрошовая опера».
Большую популярность актрисе получила в 1960-х годах, после нескольких ролей в британских фильмах. В 1961 году она сыграла герцогиню Магду в фильме «Римская весна миссис Стоун», где исполнителями главных ролей были Вивьен Ли и Уоррен Битти, за роль которой она была представлена в номинации лучшая актриса второго плана на премию «Оскар». В 1963 году Ленья сыграла злодейку Розу Клебб во втором фильме про Джеймса Бонда «Из России с любовью», роль которой принесла ей ещё большую популярность. В 1966 году исполнила роль фроляйн Шнайдер в оригинале бродвейского мюзикла «Кабаре», за роль которой была номинирована на «Тони».
Лотте Ленья умерла от рака 27 ноября 1982 года в Нью-Йорке на 84 году жизни, и была похоронена рядом с первым мужем Куртом Вайлем.
В 2007 году на Бродвее был поставлен мюзикл «Любовная музыка», основанный на истории Леньи и Вайля.