Lê Thị Thu Hằng sinh ngày 2 tháng 12 năm 1972 tại Hà Nội, quê quán ở quận Hồng Bàng, Thành phố Hải Phòng.[3]

Lê Thị Thu Hằng là học sinh chuyên tiếng Nga khóa đầu tiên của Trường Trung học phổ thông chuyên Hà Nội - Amsterdam.[4]

Năm 1994, bà tốt nghiệp cử nhân Anh văn[1], khoa phiên dịch tiếng Nga, Trường Đại học Ngoại ngữ Hà Nội (nay là Trường Đại học Hà Nội).[3] Bà thông thạo tiếng Anh và tiếng Nga.[1]

Bà còn có bằng cử nhân Luật, Trường Đại học Luật Hà Nội.[1]

Bà lấy bằng thạc sĩ Ngoại giao và Truyền thông Quốc tế, Đại học West of England (Vương quốc Anh).[1]