S’inicià el 1946 amb La maison sous la mer de Henri Calef. Destacà a Les amants de Vérone (1948), de Jacques Prévert i A. Cayatte. Més tard protagonitzà, entre d’altres, Montparnasse 19 (1957), de Jacques Becker; La dolce vita (1959) i 8 1/2 (1962), de Federico Fellini; Lola (1960), de Jacques Demy; Un homme et une femme (1966, Globus d’Or a la millor actriu dramàtica i premi BAFTA a la millor actriu) i les seqüeles Un homme et une femme: vingt ans déjà (1985) i Les plus belles années d’une vie (2019), de Claude Lelouch; Un soir, un train (1968), d’André Delvaux; Justine (1969), de George Cukor; Salto nel vuoto (1980, premi a la millor actriu al Festival de Canes), de Marco Bellocchio; La tragedia di un uomo ridicolo (1981), de Bernardo Bertolucci, i Prêt-à-porter (1994), de Robert Altman.
Fou guardonada també amb un premi César honorífic (2002) i l’Os d’Or d’honor del Festival de Cinema de Berlín (2003).