Lê Thanh Vân sinh ngày 23 tháng 12 năm 1964, người dân tộc Kinh, không theo tôn giáo nào. Ông có quê quán tại làng cổ Duy Tinh, xã Văn Lộc, huyện Hậu Lộc, tỉnh Thanh Hóa. Theo gia phả của dòng họ, ông là hậu duệ của Khai quốc công thần Đại đô đốc Lê Lâm, người đã theo cha là Trung túc vương Lê Lai tham gia Hội thề Lũng Nhai, cùng với Lê Lợi và hàng chục người khác dựng cờ khởi nghĩa kháng chiến chống giặc Minh. Khi Lê Lâm mất được truy phong đến chức Thiếu úy. Lê Lâm có con trai là Lê Niệm là một nhà chính trị, quân sự cao cấp lập nhiều chiến công hiển hách trong thời Đại Việt. Ông Lê Thanh Vân được đánh giá là người nổi tiếng cương trực, khảng khái với những ý kiến thẳng thắn bảo vệ sự đúng đắn trong xây dựng và thực thi chính sách, pháp luật.