Fille d'un avocat, elle fait des études classiques. Après le baccalauréat, elle suit des cours de théâtre donnés par Jean Périmony, puis, à vingt ans, entre au Conservatoire, suivant les cours d'Antoine Vitez.
Distribuée au théâtre dans des rôles de jeune première espiègle, elle rencontre Claude Sainval, directeur de la Comédie des Champs-Élysées, qui lui confie son premier grand rôle dans La Valse des toréadors (1974), où elle est la fille de Louis de Funès, devant Jean Anouilh, l'auteur de la pièce. Grâce à ce rôle, les propositions deviennent plus nombreuses et elle fait ses débuts à la télévision en 1975, puis au cinéma en 1976 dans une comédie de Georges Lautner : On aura tout vu, aux côtés de Pierre Richard et Jean-Pierre Marielle.
Après une interprétation remarquée dans la Dentellière (1977) et quelques autres petits rôles, elle rencontre Alain Resnais qui va donner un tournant décisif à sa carrière. Il va lui confier un nombre exceptionnel de personnages à interpréter au long d'une collaboration qui s'étend sur plus de deux décennies : institutrice au tempérament passionné dans La Vie est un roman en 1983 ; héroïne tragique dans le sombre L'amour à mort en 1984 puis dans Mélo en 1987 ; six personnages très différents, du plus cultivé au plus fruste, du rire aux larmes, pour autant de compositions très accomplies, dans Smoking / No Smoking en 1993 ; la vive et énergique Odile dans le multi-césarisé On connait la chanson en 1997 ; chantante, dans le film-opérette Pas sur la bouche en 2003 ; tantôt vertueuse tantôt vicieuse dans Coeurs en 2006.
Elle a été l'amie du photographe Robert Doisneau (1912-1994), auquel elle a consacré un film-hommage en 1992. Elle est, de plus, l'épouse du réalisateur Alain Resnais depuis 1998.
