Alice de Lencquesaing baigne dans le monde du cinéma depuis sa naissance. En effet, sa mère se prénomme Caroline Champetier et assure la photographie sur de nombreux films de Benoît Jacquot, alors que son père n’est autre que l’acteur et réalisateur Louis-Do de Lencquesaing. C’est donc tout naturellement qu’elle l'accompagne sur les plateaux et fait sa première apparition à l’écran à seulement 12 ans dans Petites coupures, projeté en 2003.
En 2007, la jeune actrice intègre le casting de L'Heure d'été, un drame familial réalisé par Olivier Assayas, avant d’incarner la fille de son propre père en 2009 dans Le Père de mes enfants de Mia Hansen-Løve. Privilégiant tous les deux des films dont les sujets de prédilection restent la famille et les rapports sociaux (cf sa courte mais bouleversante prestation dans Polisse), ils jouent à nouveau de leur filiation à l’écran dans Au galop.
En 2012, la comédienne semble enfin couper le cordon en tenant le rôle principal de La Tête la première. Elle incarne ainsi Zoé, une jeune fille qui décide de tout mettre en œuvre pour rencontrer un écrivain dont elle admire le travail, avant de prendre part à La Religieuse de Guillaume Nicloux, aux côtés d’Isabelle Huppert et de Louise Bourgoin.
Active dans son métier d'actrice, Alice de Lencquesaing tourne deux fois sous la direction de Roschdy Zem (Bodybuilder et Chocolat) et donne deux fois la réplique à Jérémie Elkaïm (À la recherche de Rohmer et Marguerite & Julien). Second rôle de plus en plus connu du cinéma français, elle campe une femme enceinte dans la comédie romantique Ange & Gabrielle et la compagne du braqueur Guillaume Gouix dans le polar de Julien Leclercq.