Proveniente de una familia de artistas, comenzó desde pequeña a trabajar como actriz, su madre es actriz; su padre, director; ambos profesores de arte dramático y tiene dos hermanos gemelos, Quentin, escultor y Guillaume, escritor. Su primo Laurent Cotillard, dirigió además su primera obra Y a des nounous dans le placard. En 1994, ganó el primer premio del Conservatorio de Arte Dramático de Orleáns. Y comenzó a intervenir en series televisivas como Highlander o Extrême Limite, y más tarde en el cine con la película La Belle Verte, aunque fue con Taxi de Luc Besson con la que se dio conocer al gran público y esto le sirvió para comenzar a trabajar en producciones como La Mouette o Les Jolies Choses, que le supuso un César du meilleur espoir féminin , más tarde, en 2005, ganó el César a la mejor actriz secundaria en Un long dimanche de fiançailles de Jean-Pierre Jeunet. En 2007, hace de Édith Piaf en el film de Olivier Dahan : La vida en rosa.
Pero ella le da prioridad a su carrera como actriz y actúa en La galette du roi de Jean-Michel Ribes en 1985, Pekin central con Yves Régnier en 1986 y más tarde en Mañana será otro día de Bertrand Tavernier. En 2005 encadena las películas y papeles más importantes. Así, la encontramos en el reparto de Quand j’étais chanteur, El Campamento, La cambiadora de páginas, Suzanne et les vieillards y Disco, en donde trabaja por segunda vez con Fabien Onteniente. 

Filmografía

Largometrajes

1994: Histoire d'un garçon qui voulait qu'on l'embrasse de Philippe Harel

1996: Comment je me suis disputé...(ma vie sexuelle) de Arnaud Desplechin

1996: La Belle Verte de Coline Serreau

1998: Taxi de Gérard Pirès

1999: La Guerre dans le haut pays de Francis Reusser

1999: Du bleu jusqu'en Amérique de Sarah Lévy

1999: Taxi 2 de Gérard Krawczyk

2000: Furia de Alexandre Aja

2000: Les Jolies Choses de Gilles Paquet-Brenner

2001: Lisa de Pierre Grimblat

2002: Une affaire privée de Guillaume Nicloux

2003: Taxi 3 de Gérard Krawczyk

2003: Jeux d'enfants de Yann Samuell

2003: Big Fish de Tim Burton (Joséphine)

2004: Un long dimanche de fiançailles de Jean-Pierre Jeunet

2005: Innocence de Lucile Hadzihalilovic

2005: Sauf le respect que je vous dois de Fabienne Godet

2005: La Boîte noire de Richard Berry

2005: Edy de Stéphan Guérin-Tillié

2005: Cavalcade de Steve Suissa

2005: Ma vie en l'air de Rémi Bezançon

2005: Mary de Abel Ferrara

2006: Toi et moi de Julie Lopes-Curval

2006: Fair play de Lionel Bailliu

2006: Dikkenek de Olivier Van Hoofstadt

2006: La vida en rosa de Olivier Dahan

2006: Une grande année de Ridley Scott

Cortometrajes

1996: Snuff Movie

1996: L'@mour est à réinventer, dix histoires d'amour au temps du sida, segment La Mouette

1997: Affaire classée

1998: La Surface de réparation

1999: L'Appel de la cave

2000: Le Marquis

2001: Heureuse

2001: Boomer

Televisión

1994: Extrême limite

1996: Chloé

1998: Interdit de vieillir

2001: Les Redoutables : Doggy Dog

2001: Une femme piégée de Laurent Carcélès

Premios

Premios Oscar

La vida en rosa

Año 2007 Categoría Oscar a la mejor actriz Nominada Globos de Oro La vida en rosa Año 2008 Categoría Globo de Oro a la mejor actriz Película Resultado Ganadora

BAFTA

La vida en rosa

Año 2007 Categoría BAFTA a la mejor actriz Película Resultado Ganadora

creen Actors Guild

Año 2008 Categoría Screen Actors Guild a la mejor actriz Película Resultado Nominada

Vatel
(Vatel)

Sin techo ni ley

(Sans toit ni loi)