Figlia di una pittrice e di un colonnello dell’esercito, trascorre la giovinezza tra Francia e Inghilterra. Dopo gli esordi come modella e indossatrice, debutta nel cinema nel 1964 con "Non tutti ce l’hanno", di Richard Lester (Palma d’Oro a Cannes), a cui segue un altro film di culto della Swinging London, "Georgy, svegliati". Il suo primo film da protagonista è "Sequestro di persona" di Gianfranco Mingozzi (1967), quindi viene notata da Luchino Visconti, che le affida un ruolo ne "La caduta degli Dei" (1969), dando il via a una carriera internazionale che la vede interprete privilegiata di alcuni dei maggiori autori del cinema mondiale. Tra i molti titoli dell’epoca spiccano "Giordano Bruno" (1973, di Giuliano Montaldo), "Zardoz" (1973, di John Boorman), "Il portiere di notte" (1974, di Liliana Cavani, un successo di scandalo che le porta un’enorme notorietà), "Marlowe, il poliziotto privato" (1975, di Dick Richards, con Robert Mitchum), "Stardust Memories" (1980, di Woody Allen), "Il Verdetto" (1982, di Sidney Lumet, con Paul Newman), "Viva la vita" (1984, di Claude Lelouch), "Max amore mio" (1986, di Nagisa Oshima), "Angel Heart - Ascensore per l'inferno" (1987, di Alan Parker). Una nuova giovinezza artistica arriva nel 2000 con l’acclamato "Sotto la sabbia", di François Ozon, che la dirige anche in "Swimming Pool" (2003, European Film Award come Migliore attrice) e in "Angel - La vita, il romanzo" (2007). Tra i suoi ultimi film ricordiamo "Verso il sud" (2005, di Laurent Cantet), "La duchessa" (2008, di Saul Dibb), "Perdona e dimentica" (2009, di Todd Solondz), "Melancholia" (2011, di Lars von Trier), "Treno di notte per Lisbona" (2013, di Bille August). Con "45 anni" ha conquistato l’Orso d’Argento all’ultimo Festival di Berlino.