Leterrier sündis Prantsusmaal, tema isa oli samuti režisöör ja ema oli kunstiajaloolane, kes õpetas ka talle seda õppeala. Noorena oli Leterrier trummar, kuniks ta avastas filmide lavastamise võlu. Ta huvitus sellest niivõrd, et oli isegi nõus filme lavastama juba väga noores eas, kuid ükski filmide tootja ei soovinud ilma erialaliste paberiteta ja pealegi veel nii noort inimest filmi lavastama palgata. Niisiis läkski ta filmindust õppima, ta lahkus Prantsusmaalt ja läks New Yorgi Ülikooli õppima filmide lavastamist. Aastal 1997 abistas ta Jean-Pierre Jeuneti filmi "Alien: Resurrection" lavastamisel ning teenis sellega endale filmide lavastamise maailmas kuulsust. Hiljem töötas ta ka Luc Bessoniga reklaamide alal. 2002. aastal lavastas ta režisööri Corey Yuen'ga filmi "Transporter". Kuigi ametlikult on filmi režisööriks Corey Yuen ja Leterrier oli kunstiline lavastaja, oli see ikkagi nende koostööl valmiv film. Tema esimene üksinda lavastatud film oli "Unleashed" (2004), mille positiivse tulemusena palgati teda lavastama ka filmi "Transporter 2" (2005). 2008. aastal lavastas ta oma esimese blockbuster-filmi, milleks oli "The Incredible Hulk" (2008). Leterrieri sõnul on ta oma töö üle väga uhke ja rõõmus, kuna täide on läinud tema lapsepõlve unistus - saada heaks lavastajaks.