Attrice. Figlia d'arte, è nata dall'unione di Marcello Mastroianni e Catherine Deneuve. Dopo un'infanzia che lei definisce "...gioiosa e ovattata, in cui il cinema rimaneva quasi sempre fuori dalla porta" a vent'anni si iscrive alla facoltà di lettere e cinema. Ma presto l'abbandona per imparare l'arte della recitazione direttamente sul campo. Il suo debutto è diretto da André Téchiné in "Ma saison preferée - La mia stagione preferita" (1993) in cui ha una piccola parte accanto alla madre e a Daniel Auteil. Dopo aver condiviso il set anche con il padre in "Prêt à Porter" (1994) di Robert Altaman e "Tre vite e una sola morte" (1996) di Roul Ruiz, ha lavorato con alcuni dei registi di maggior spicco del nuovo cinema francese, ma ad imporla agli occhi della critica sono stati lo stesso Ruiz con "Il tempo ritrovato" (1999) e Manoel De Oliveira con "La lettera" (1999). Ha un figlio, Milo, avuto dall'attore Melvil Poupaud. Della sua condizione di figlia d'arte dice: "Sono fiera di essere figlia di due attori che hanno fatto il loro mestiere con tanta passione (…) la mia scelta di seguire le loro orme non è stata una sfida, anche se so che i paragoni mi seguiranno per tutta la vita".