NSƯT Lê Mai sinh năm 1938 tại Hải Phòng, trong một gia đình có truyền thống hoạt động nghệ thuật. Cha của bà là nhà thơ – nhà viết kịch Lê Đại Thanh. Ông công tác trong Đoàn kịch Trung ương nay là Nhà hát Kịch Việt Nam cùng thời với Thế Lữ, Song Kim.
Hai người em trai của NSƯT Lê Mai cũng đều công tác trong lĩnh vực nghệ thuật. Một người là họa sĩ Lê Đại Chúc, một người là đạo diễn, diễn viên, tác giả - NSƯT Lê Đại Chức.
Năm 1954, Lê Mai theo cha lên Hà Nội nhận công tác tại Đoàn kịch Trung ương. Bà Lê Mai có gần 20 năm công tác tại Nhà hát Kịch Hà Nội. Tại đây, bà quen và kết hôn với NSND Trần Tiến. Cuộc hôn nhân này đã mang đến cho khán giả 3 người con gái tài danh là: NSƯT Lê Vân, NSND Lê Khanh và NSƯT Lê Vi.
Sau 3 lần sinh nở, sức khỏe của Lê Mai rất yếu. Đã có lúc, bà chỉ còn 34 kg. Với lý do mất sức, không làm diễn viên được, Nhà hát đề nghị bà chuyển sang làm thủ quỹ. Bà gật đầu vì dù sao vẫn còn có công việc, có thu nhập để nuôi con.
Hàng ngày, Lê Mai thu tiền các suất diễn rồi sáng hôm sau đạp xe mang ra ngân hàng ở Bờ Hồ gửi. Hàng tháng lại đi rút tiền về phát lương cho mọi người. Để cải thiện thu nhập, bà nhận đồ ở chợ Đồng Xuân về may vá kiếm thêm tiền nuôi con.
Nhớ lại giai đoạn thăng trầm này, NSƯT Lê Mai kể trên tờ Dân Trí: "Tôi nhận đồ ở chợ Đồng Xuân về may vá để kiếm thêm nuôi các con. Thời ấy nhà nước chống buôn bán. Có lần tôi đèo bọc to sau xe đạp đi trả hàng, mấy chú công an gọi lại khám, định tịch thu.
Khi hai an công anh mở ra thì thấy có một tờ giấy, họ hỏi giấy gì đấy, tôi nói giấy mời đi đóng phim, thế là được tha. Ngày đó, khán giả hâm mộ diễn viên lắm".
Lê Mai và 3 cô con gái tài sắc NSƯT Lê Vân, NSND Lê Khanh, NSƯT Lê Vi.
Tuy nghỉ hưu (năm 1982) nhưng NSƯT Lê Mai vẫn nhận được lời mời đi đóng phim. Bà tham gia các phim: Bà nội không thích ăn pizza, Nếp nhà…
Thăng trầm với nghề, với cơm áo gạo tiền lo cho gia đình nhưng NSƯT Lê Mai cũng không giữ được hôn nhân với cố NSND Trần Tiến cho tới ngày đầu bạc răng long.
Sau khi nghỉ hưu, NSƯT Lê Mai mở một quán trà đá vỉa hè ngay trên đường Phan Đình Phùng. Kế bên là căn nhà của con gái thứ hai – NSND Lê Khanh. Bà không còn đi phim do sức khỏe yếu. Bà bị zona thần kinh, mắt không chớp được, lại thêm bệnh đau xương khớp, đau chân, đi lại khó khăn. Bà từng phải nằm tại nhà điều trị một thời gian dài.
Ở tuổi 85, những lúc rảnh rỗi và thấy trong người khỏe, NSƯT Lê Mai vẫn xách giỏ đi chợ, gặp gỡ bạn bè hàn huyên. Một ngày của nữ nghệ sĩ là đi ăn sáng rồi bán trà đá tới trưa, 3 giờ chiều ngủ dậy lại ra hàng nước, ngắm phố phường, trò chuyện với mọi người.
Nghệ sĩ Lê Mai đang vui hưởng tuổi già cùng con cháu.
Con gái út Lê Vi định cư ở Pháp nên ít về. Con gái lớn – NSƯT Lê Vân ở phố Thụy Khuê thỉnh thoảng sang nhà chơi, đón bà đi dạo phố, đi ăn những món ngon mà bà thích. Bà cảm thấy hài lòng với cuộc sống yên bình bên con cháu khi tuổi đã cao, sức đã yếu.