Elle fait ses débuts à Hollywood avec un petit rôle aux côtés de Leonardo Di Caprio dans L'HOMME AU MASQUE DE FER (1997). Elle interprète ensuite le rôle de Cléopâtre dans le très acclamé téléfilm du même nom avec Billy Zane et Timothy Dalton.On la retrouve ensuite dans des films tels que Le tailleur de Panama, Blade II ou encore dans la série Stargate : Atlantis.
En 2007, on la voit aux côtés de John Leguizamo dans le drame Where God left his shoes(2007) présenté au Festival de Tribeca puis dans la série télévisée Ama una mujer ainsi que dans la comédie britannique GOAL II LA CONSECRATION. Leonor Varela rejoint ensuite le casting de Sleep Dealer, film ambitieux réalisé par Alex Rivera.
