Née en Angleterre d’un père colonel, elle déménage à Fontainebleau à 8 ans. Inscrite à l’école communale, elle y apprend le français. De retour en Angleterre, l’adolescente se produit dans des spectacles de music-hall avec sa soeur, puis travaille brièvement comme mannequin.

Elle fait ses premiers pas au cinéma avec Le Knack… et comment l’avoir de Richard Lester, un film emblématique du Swinging London. En parallèle de sa carrière cinématographique, elle prend des cours d’art dramatique à la Royal Court School. C’est en Italie qu’elle y fera sa première rencontre déterminante, celle du réalisateur Luchino Visconti qui la dirige en 1969 dans Les Damnés. En 1974, elle se fait connaître du grand public avec Portier de nuit de Liliana Cavani. À l’aise dans tous les rôles, elle se plaît à étendre son répertoire. En 1985, elle est dirigée par le cinéaste japonais Nagisa Oshima dans Max mon Amour, film dans lequel elle incarne une femme qui s’éprend d’un chimpanzé. Elle jouit alors d’une renommée internationale. Elle tourne notamment  devant les caméras des plus grands Woody Allen, Dick Richards, Sidney Lumet. Fin 1970, elle tourne avec Boisset (Un taxi mauve), Lelouch (Viva la vie !) et Deray (On ne meurt que deux fois). Moins présente dans les années 1990, elle fait un retour remarqué dans Sous le sable, film de François Ozon, portrait d’une femme désemparée après la disparition de son mari. Le duo se retrouvera ensuite pour Swimming pool. En 2003, elle fait ses premiers pas au théâtre dans une pièce d’Eric-Emmanuel Schmitt. Un an plus tard, elle remonte sur les planches, au National Theater de Londres, dans une adaptation des Fausses Suivantes de Marivaux. Elle reçoit en 2011, le César d’honneur pour l’ensemble de sa carrière. Puis en 2015 lors du 65eme festival de Berlin, elle se voit décerner l’Ours d’argent de la Meilleure actrice pour son rôle dans le film 45 Ans d’Andrew Haigh. Cette même performance lui vaut également une nomination pour l’Oscar de la meilleure actrice en 2016.

Actrice aux multiples visages qui n’a pas peur des défis, elle figure parmi les plus grandes comédiennes de sa génération. On la retrouvera sur scène au Théâtre de l’Oeuvre avec Danses Nocturnes, un spectacle littéraire et musical dans lequel la poésie de Sylvia Plath sera sublimée par la voix de Charlotte Rampling et par le violoncelle de Sonia Wieder-Atherton.