Clin d'oeil à une voisine de blog, sosie de la belle Jean Seberg.
Elle tourne ses deux premiers films, Sainte Jeanne et Bonjour tristesse, sous la direction d'Otto Preminger.
Elle est connue en tant qu'icône de la Nouvelle Vague, notamment grâce au film À bout de souffle (1960) de Jean-Luc Godard. Aux côtés de Jean-Paul Belmondo, elle y interprète Patricia Franchini, vendeuse de journaux.
À la fin des années 1960, elle utilise sa célébrité pour des causes politiques, notamment celles des Amérindiens et des Black Panthers. Cet engagement la met en conflit avec le FBI ; le dirigeant, J. Edgar Hoover, demande de la neutraliser.
En 1970, enceinte de sept mois et en train de divorcer de son second mari Romain Gary, une campagne lancée par le FBI et reprise par les journaux prétend que l'enfant est conçu non par Romain Gary, mais par un membre des Black Panthers. En vérité, le père était le Mexicain Carlos Navarra, un étudiant rencontré lors d'un tournage. Sa fille, Nina, naît le 23 août mais décède deux jours plus tard. Elle tient le FBI pour coupable.
Elle fit plusieurs tentatives de suicide aux dates anniversaires de la perte de sa fille, et se jeta en 1978 sous une rame du métro de Paris. Moins d'un an après, elle fut portée disparue et son corps fut retrouvé onze jours plus tard, enroulé dans une couverture à l'arrière de sa voiture. On trouva dans sa main un mot d'adieu. Le rapport de police et conclut au suicide au terme de l'enquête.
Elle est enterrée au cimetière du Montparnasse.



