Lea Katherine Thompson (IPA: ; Rochester, 31 maggio 1961) è un'attrice e regista statunitense, conosciuta soprattutto per aver interpretato Lorraine Baines, la madre del personaggio fittizio Marty McFly nella trilogia di Ritorno al Futuro.
Lea Katherine Thompson è nata a Rochester (Minnesota) il 31 maggio 1961, ultima dei cinque figli di Barbara e Clifford Thompson.
Ha iniziato la carriera facendo spot pubblicitari per la Burger King. In seguito ha debuttato come attrice nel film Il ribelle (1983), e si è assicurata una vasta notorietà a fianco di Michael J. Fox nella trilogia di Ritorno al Futuro. Nel 1986 è stata tra i protagonisti di Howard e il destino del mondo, produzione di George Lucas stroncata da pubblico e critica; si è rifatta l'anno seguente con una brillante partecipazione nel film romantico Un meraviglioso batticuore di Howard Deutch, in un ruolo inizialmente destinato a Molly Ringwald. Deutch è diventato successivamente suo marito nel 1989; la coppia ha avuto due figlie, Madelyn e Zoey, anch'esse attrici.