Inicià estudis de ciències polítiques a la Universitat de Cambridge, que deixà per la literatura anglesa, en la qual es graduà el 1983. Posteriorment es dedicà al teatre i actuà durant una temporada amb la Royal Shakespeare Company. Interpreta sovint personatges insòlits.
Estigué estretament associada amb el director Derek Jarman, a les ordres del qual actuà, entre d’altres, a The Last of England (1988), Edward II (1991, pel qual fou guardonada al Festival de Venècia) i Wittgenstein (1993). El 1992 protagonitzà Orlando, de Sally Potter, paper que li donà una important projecció. Seguiren, entre d’altres, Love Is the Devil: Study for a Portrait of Francis Bacon (1998), de John Maybury; Possible Worlds (2000), de Robert Lepage; The Beach (2000), de Danny Boyle; The Deep End (2001), de Scott McGehee i David Siegel; Vanilla Sky (2001), de Cameron Crowe; Adaptation (2002), de Spike Jonze; Young Adam (2003, premi BAFTA 2004), de David McKenzie; Thumbsucker (2005), de Mike Mills; The Chronicles of Narnia (2005), d’Andrew Adamson; Stephanie Daley (2006), de Hilary Brougher, The Man from London (2007), de Béla Tarr. El 2008 obtingué l’Oscar i el BAFTA a la millor actriu secundària per Michael Clayton (2007), dirigida per Tony Gilroy.
Posteriorment ha actuat en Julia (2008), d’Erick Zonca i Camille Natta, Burn After Reading (2008), dels germans Coen, The Curious Case of Benjamin Button, (2008) de David Fincher, Io sono l'amore (2009), de Luca Guadagnino, We Need to Talk About Kevin (2011), de Lynne Ramsay, Only Lovers Left Alive (2013), de Jim Jarmusch, Snowpiercer (2013), de Joon-Ho Bong, The Grand Budapest Hotel (2014), de Wes Anderson, A Bigger Splash (2015), de Luca Guadagnino, Doctor Strange (2016), de Scott Derrickson, Hail, Caesar! (2016), dels germans Cohen, Okja (2017), de Joon-Ho Bong, i Suspiria (2018), de Luca Guadagnino. L'any 2018 guanya el Gran Premi Honorífic del Festival Internacional de Cinema de Catalunya.