Nasceu em Londres, Inglaterra, em 1971. É uma atriz e cantora anglo-francesa. Filha da cantora e atriz inglesa Jane Birkin e do compositor, cantor e ator francês Serge Gainsbourg, ela foi criada em Paris. Entre seus trabalhos notáveis como atriz estão Sonhando Acordado (2006), de Michel Gondry; Não Estou Lá (2007), de Todd Haynes; Anticristo (2009), pelo qual ganhou o prêmio de melhor atriz no Festival de Cannes; Melancolia (2011) e os dois volumes de Ninfomaníaca (2013), de Lars von Trier. Jane por Charlotte é sua estreia na direção de longas-metragens.