Lea Tormis sündis 1932. aastal Paul ja Tiio Rummo perre.

Tormis on õppinud Eesti riiklikus koreograafilises koolis, lõpetanud Moskvas Lunatšarski-nimelise riikliku teatrikunstiinstituudi (GITIS) teatriteadlasena ja sealsamas ka aspirantuuri. Ligi 30 aastat töötas Tormis Eesti Teaduste Akadeemia ajaloo instituudis ning 1961. aastal asus ta tööle ühtlasi Eesti Muusika- ja Teatriakadeemia lavakunstikooli teatriajaloo õppejõuna. 1996. aastal sai temast seal professor ja 2003. aastal emeriitprofessor.

Ta on olnud kultuuriministeeriumi kunstide valitsuse repertuaaritoimetaja, Tallinna riikliku keskarhiivi kirjandus- ja kunstiarhiivi teadur, Tallinna koreograafiakooli teatriajaloo õppejõud.

Tormis kirjutas alates 1953. aastast teatriloolisi ja -kriitilisi artikleid, teatriprotsessi analüüse, näitleja- ja rolliportreid. Tema artikleid eesti sõna- ja tantsuteatri ajaloost ilmus ka inglise, vene, saksa, soome, poola, prantsuse, läti ja leedu keeles.

Ta on toimetanud teatriraamatuid (Ants Eskola "Näitleja on ajastu lühikroonika", 1986 jt), kirjutanud neile saatesõnu, koostanud Natalja Krõmova artiklikogumiku "Kas te armastate teatrit?" (2010). Teinud kaastööd kodu- ja välismaistele teatmeteostele ning teatrisaateid Eesti Televisioonis ("Kirjanik ja teater", "Laudilm", "Inimese jälil") ja Eesti Raadios (1996–1999 sari "Teatrisajand"), sealhulgas teleretsensioone uuslavastustele. Koostanud stsenaariume Veljo Tormise loomingule.

Tormis oli aastatel 1993–1996 Eesti Teatriuurijate Ühenduse esimees. Samuti kuulus ta Eesti Teatriliidu (1957) ning oli Eesti Teatriuurijate ja -kriitikute Ühenduse liige (1993), Vanemuise Seltsi auliige (1998) ja Eesti Muusika- ja Teatriakadeemia auliige (2009). Eesti Looduskaitse Seltsi ja Teadlaste Maja asutajaliige.

Tormis on pälvinud mitmeid auhindu ja -nimetusi. Talle on antud Eesti NSV teenelise kunstitegelase aunimetus (1979), Eesti NSV riiklik preemia (1982), Priit Põldroosi nimeline auhind (1986), kriitikaauhind (1989, 1995, 2002), Valgetähe V klassi orden (2001), Eesti riigi kultuuripreemia pikaajalise väljapaistva loomingulise tegevuse eest (2010) ja Tartu Ülikooli Rahvusmõtte auhind (2020).