Inicià la seva carrera artística en cafès teatre i després al Centro Dramático Nacional. En la seva extensa filmografia destaquen les col·laboracions amb F. Colomo —Tigres de papel (1977), ¿Qué hace una chica como tú en un sitio como éste? (1978) i La mano negra (1980)— i en l’etapa inicial de P. Almodóvar. L’èxit de Mujeres al borde de un ataque de nervios (1987) —Premio Nacional de cinematografia, i premi Europeu de Cinematografia 1988 a la millor actriu — li obrí les portes del mercat internacional i rebé el premi a la millor actriu del cinema europeu, guardó que repetí amb Ay, Carmela! (1990, premi Europeu de Cinematografia a l’actriu de l’any i Fotogramas de Plata, entre d’altres), de C. Saura.
Posteriorment ha interpretat Cómo ser mujer y no morir en el intento (1991), d’A. Belén; Chatarra (1991), de F. Rotaeta; Sur la terre comme au ciel (1991), de M. Hänsel; La reina anónima (1992), de G. Suárez; Sombras en una batalla (1993), de Mario Camus; El rey del río (1994), de Manuel Gutiérrez Aragón; Pareja de tres (1995), d’Antoni Verdaguer; Soleil levant (1993) i Le bonheur est dans le pré (1996), de Roger Planchon; Tortilla y cinema (1997), de M. Provost; Elles (1997), de L. Galvão; Alice et Martin (1998), d’A. Téchiné; El entusiasmo (1998), de R.P. Larrain; El Cometa (1998), de J. Buil i M. Sistach; Lisboa (1999), d’A. Hernández; La comunidad (2000), d’Álex de la Iglesia —film pel qual obtingué el premi a la millor actriu al festival de Sant Sebastià i en la 15a edició dels premis Goya—; Le Harem de Mme. Osmane (2000), de M. Moknèche i Carretera y manta (2000), d’Alfonso Arandia, pel qual rebé, juntament amb els dos anteriors, el premi Fotogramas de Plata 2000; Clara y Elena (2001), de M. Iborra; Assassini dei giorni di festa (2002), de D. Damiani; Valentín (2002), d’A. Agresti; 800 balas (2002), d’Á. de la Iglesia; 25 degrés en hiver (2004), de S. Vuillet; La promesa (2004), d’H. Carré; Entre vivir y soñar (2004), d’A. Albacete i D. Menkes; Reinas (2005), de M. Gómez Pereira; Free Zone (2005), d’A. Gitai; Nos chères têtes blondes (2006), de Ch. Silvera; Volver (2006), de P. Almodóvar, amb la qual obtingué el premi a la millor actriu a Canes, compartit amb la resta d’actrius del film, i un Goya a la millor actriu secundària; El menor de los males (2007), d’A. Hernández; La Virgen negra (2008), d’I. Castillo; The Garden of Eden (2008), de J. Irvin; Que parezca un accidente (2008), de G. Herrero; Tetro (2009), de Francis Ford Coppola; Les femmes du 6ème étage (2010, premi César 2012 a la millor actriu secundària); Le mac (2010), de Pascal Bourdiaux; Chicas (2011), de Yasmina Reza; Let My People Go! (2011), de Mikael Buch; Sofía y el Terco (2012), d’Andrés Burgos; Paulette (2012), de Jérôme Enrico; Las brujas de Zugarramurdi (2013), d’Álex de la Iglesia; Un village presque parfait (2014), de Stéphanie Meunier; La vanité (2015), de Lionel Baier; Les chaises musicales (2015), de Marie Belhomme; El futuro ya no es lo que era (2016), de Pedro L. Barbero; Sales gosses (2017), de Frédéric Quiring; Cuando los hijos regresan (2017), d’Hugo Lara Chávez; Cuernavaca (2017), d’Alejandro Andrade, i La fête des mères (2018), de Marie-Castille Mention-Schaar.
Ha actuat també en nombroses sèries de televisió, com ara Esta noche (1981-82), per la qual rebé un premi Ondas a la millor actriu, Circulo rojo (2007), Las chicas de oro (2010), Stamos okupa2 (2012), i Y’a pas d’âge (2013). Entre els guardons a la trajectòria cal esmentar la Medalla d’Or al mèrit de les belles arts (1998), el premi del Festival de Venècia (1988) i la Medalla d’Or de l’Acadèmia Espanyola de Cinema (2009), la Medalla de les Arts i les Lletres de França (2016) pel conjunt de la seva carrera, el premi Donostia del Festival de Sant Sebastià (2013), el Fotogramas de Plata (2017) i el premi de l’Acadèmia Europea de Cinema (2018).