C'est à l'âge de 14 ans que Sophie Marceau, de son vrai nom Sophie Maupu, débute sa carrière de comédienne. Elle tient alors la tête d'affiche de La Boum (1980) de Claude Pinoteau. Le succès de cette comédie est tel que deux ans plus tard, la jeune actrice retrouve son personnage d'adolescente rebelle dans la suite La Boum 2, une prestation qui lui vaut le César du Meilleur espoir féminin. Sa collaboration avec le cinéaste se poursuivra en 1988 avec L'Etudiante, une romance située dans la droite lignée de ses précédents films et où elle a pour partenaire masculin Vincent Lindon.

Entre-temps, Sophie Marceau se fait une place parmi les "grands" du cinéma français, donnant successivement la réplique à Gérard Depardieu (Fort Saganne et Police), Jean-Paul Belmondo (Joyeuses Pâques) ou encore Claude Brasseur, qui de père dans La Boum passera à amant dans Descente aux enfers (1986). Déployant dorénavant des charmes convaincants, la comédienne fait une rencontre déterminante en la personne de Andrzej Zulawski, un réalisateur qui la dirigera dans pas moins de quatre longs métrages - L'Amour braque, Mes nuits sont plus belles que vos jours, La Note bleue et La Fidélité - et deviendra seize années durant son compagnon à la ville.

Sacrée actrice chouchou des Français, Sophie Marceau trouve également son bonheur de comédienne dans les films d'époque : à l'affiche de Chouans ! (1888), elle joue La Fille de d'Artagnan (1994) pour Bertrand Tavernier ainsi que Marquise - film dont elle boudera la promotion - (1997) pour Véra Belmont. Dans le milieu des années 90, elle se lance dans une carrière internationale avec plus ou moins de succès. Princesse française éprise de Mel Gibson dans Braveheart (1995), elle s'impose en Anna Karénine (1997) et en machiavélique James Bond girl dans Le Monde ne suffit pas (1999).

Désireuse de faire oublier sa "contre-performance" lors de la cérémonie de clôture du Festival de Cannes en 1999, Sophie Marceau retrouve des rôles de tout premier plan dans de grosses productions françaises comme Belphégor, le fantôme du Louvre (2001) ou Anthony Zimmer (2005). Elle choisit également de tourner avec parcimonie - A ce soir, un drame intimiste de Laure Duthilleul, la comédie Je reste ! qui marque ses retrouvailles avec la cinéaste Diane Kurys et l'acteur Vincent Perez, dix ans après leur première collaboration sur Fanfan - et de se consacrer à la réalisation de ses propres films.

C'est ainsi qu'en 2002, elle signe Parlez-moi d'amour, un premier long aux accents autobiographiques avec Judith Godrèche et Niels Arestrup dans les rôles principaux. Suit en 2007 La Disparue de Deauville, un thriller hitchcockien dans lequel elle se met en scène aux côtés de Christophe Lambert. Malheureusement, le succès n'est pas au rendez-vous. Il faudra attendre plus de dix ans avant qu'elle en revienne derrière la caméra avec la comédie Mme Mills, une voisine si parfaite, dans laquelle Pierre Richard se travestit en femme.

Délaissant la caméra, elle se retrouve en 2008 à la tête des Femmes de l'ombre de Jean-Paul Salomé. Elle n'a jamais été aussi occupée que l'année suivante, épouse luttant contre la routine dans De l'autre côté du lit puis mère de famille un peu dépassée dans le très lucratif LOL (laughing out loud) ®, la comédienne se transforme ensuite en Monica Bellucci dans Ne te retourne pas avant de retrouver celui qui était alors son compagnon à la ville, Christopher Lambert dans L'Homme de chevet où elle campe une jeune femme tétraplégique. Sophie Marceau joue les femmes d'affaires déterminées, mais rattrapée par son enfance et ses sentiments dans L'Age de raison de Yann Samuell, puis tombe successivement sous le charme de Gad Elmaleh (Un bonheur n'arrive jamais seul), François Cluzet (Une rencontre) et Patrick Bruel (Tu veux ou tu veux pas), montrant une fois de plus à quel point la romance constitue son genre de prédilection.

En 2015, la comédienne devient une des jurées du prestigieux Festival de Cannes. Elle est entourée par les frères Coen, présidents du Jury, de Jake Gyllenhaal et de Rossy De Palma, entre autres. L'année suivante, elle s'illustre dans un registre plus sombre que ses dernières incarnations avec La Taularde, qui, comme son titre l'indique, la plonge dans la violence du monde carcéral.

Absente depuis trois ans des écrans après sa troisième réalisation, Mme Mills, une voisine si parfaite, Sophie Marceau revient au cinéma en 2021 devant la caméra de François Ozon dans Tout s'est bien passé. Adapté du livre éponyme d’Emmanuèle Bernheim, ce drame revient sur la manière dont la romancière et scénariste a aidé son père à mourir, après qu'il a été victime d'un AVC.