लियोन का जन्म केरेन मल्होत्रा नाम से सार्निया, ओंटारियो में एक सिक्‍ख पंजाबी परिवार में हुआ था। उनके पिता तिब्बत में जन्मे और दिल्ली में पले बढ़े थे। और उनकी माँ (जिनकी २००८ में मृत्यु हो गई थी) नहान नाम के सिरमौर, हिमाचल प्रदेश के एक छोटे-से गाँव से थी। बचपन से ही वह काफ़ी चुस्त थी और लड़कों के साथ हॉकी खेलती थी। वो आइस स्केटिंग करना पसंद करती थी।

हालांकि वह सिक्‍ख थी, उनके माता-पिता ने उन्हें एक क्रिस्टी विद्यालय में दाखिल करवा दिया क्योंकि उनके लिए आम स्कूल में जाना खतरे से भरा समझा गया। जब वह १२ वर्ष की थी तब उनका परिवार फोर्ट ग्रेटियट, मिशिगन चला गया और उसके एक साल बाद लेक फ़ॉरेस्ट, कैलिफोर्निया गया। उन्होंने १९९९ में हाई स्कुल से डिग्री प्राप्त की और कॉलेज में दाखिला लिया। सनी लियोन के पति अभिनेता डेनियल वेबर हैं। वो और उनके पति ने कुल 3 बच्चों को अडॉप्ट किया है, जिनमें एक लड़की और दो जुड़वा लड़के हैं। सनी लियोन कुल 3 बच्चों की मां हैं।

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