Lea Maire Piltti syntyi 2.1.1904 Rautjärvellä. Vanhemmat olivat kansakoulunopettajia. Kouluvuotensa Piltti vietti Turussa. 16-vuotiaana hän aloitti laulutunnit Anna Hagelstamin johdolla. Vanhempiensa vaatimuksesta Lea Piltti hankki itselleen ”kunnon ammatin” ja opiskeli Jyväskylän Seminaarissa kansakoulunopettajaksi. Ammattiaan hän ei kuitenkaan koskaan harjoittanut päivääkään, vaan jatkoi lauluopintojaan ja tähtäsi määrätietoisesti laulajattareksi. Menestyksekkään ensikonserttinsa hän piti 1926 ja pian sen jälleen oli vuorossa oopperadebyytti Suomalaisessa oopperassa Leo Delibes’n Lakmessa. Lauluopinnot jatkuivat ulkomailla 1920-luvun lopussa. Pariisissa Pilttiä opetti Gabriele Ritter-Ciampi ja Berliinissä sekä Olga Eisner että Hertha Dehmlow. Ensimmäisen oopperakiinnityksensä Lea Piltti sai Königsbergin oopperaan 1930 ja tästä hänen uransa lähti varsinaiseen nousuun. Hänellä oli lyhyet kiinnitykset vielä Danzigin Kaupunginteatteriin ja Darmstadtin Lahdestheateriin kunnes vuonna 1935 hänet kiinnitettiin neljäksi vuodeksi arvostettuun Weimarin Deutsches Nationaltheateriin. Weimarista käsin hän vieraili Dresdenin ja Münchenin oopperoissa sekä Berliinin Valtionoopperassa. Berliinissä hän esiintyi lähinnä Mozartin oopperoissa, joista Taikahuilun Yön kuningattaren rooli oli erityisen loistelias ja toi kutsun vierailla myös Salzburgissa. Vuonna 1939 Lea Piltti kiinnitettiin Wienin Valtionoopperan ensimmäiseksi koloratuurisopraanoksi. Hän jatkoi silti yhä vierailujaan Berliinin Valtionoopperaan ja muihin Euroopan oopperataloihin. Suomessa häntä ei juuri oopperanäyttämöllä kuultu. Hän vieraili uransa aikana vain muutamia kertoja Suomalaisessa oopperassa. Kotimaassa hän toimi pääasiassa konsertti- ja oratoriolaulajana. Hän esiintyi vuosia jokavuotisen Bachin Matteuspassion sopraanosolistina.

Lea Piltin kansainvälistä arvostusta kuvaa hyvin, että säveltäjä Richard Strauss kutsui hänet 75-vuotisjuhlakonserttinsa solistiksi esittämään erittäin vaikeaa Zerbinettan aariaa oopperastaan Ariadne auf Naxos. Konsertti radioitiin ympäri maailmaa. Muutenkin Piltti esiintyi runsaasti radiossa sekä ulkomailla että kotimaassa. Yhteistyö Straussin kanssa jatkui, ja viimeisen kerran he esiintyivät yhdessä 1942 kun Piltti lauloi Straussin yksinlauluja säveltäjän itsensä toimiessa säestäjänä. Laulut tallennettiin myös äänilevylle. Piltti levyttikin melko runsaasti; lähinnä ooppera-aarioita (esim. Taikahuilu, Rigoletto, Ariadne auf Naxos, Gianni Schicci) ja yksinlauluja, mutta oli mukana myös muun muassa Mozartin Ryöstö seraljista –kokonaisäänityksessä vuodelta 1936.

Suomeen Lea Piltti palasi sodan pakottamana 1943. Hän teki kuitenkin vielä lukuisia vierailuja ulkomaille, aina Yhdysvaltoihin asti. Vuodesta 1949 hän toimi laulupedagogina sekä yksityisesti, että Lahden, Jyväskylän, Hämeenlinnan ja Turun musiikkiopistoissa. Uransa aikana Piltti esiintyi noin viidessäkymmenessä oopperaroolissa ja yli 2000 konsertissa. Jäähyväiskonserttinsa hän piti 1961. Lea Piltti kuoli 5.2.1983 Helsingissä.