Virginie Lemoine naît le 26 février 1961 d’une mère peintre et d’un père architecte. Alors qu’elle n’est encore qu’une enfant, elle est confrontée au décès de sa mère et à la violence de son père. C’est donc son frère qui va principalement l’élever. Face à cette enfance compliquée, la jeune fille découvre alors le théâtre qui va véritablement devenir sa vocation.

C’est au Conservatoire de Rouen que la comédienne en herbe fait son apprentissage. Elle en ressort diplômée et monte une pièce, Les Ginettes, avec la chanteuse lyrique Véra Cirkovic, en 1982. Une création qu’elle présente sur plusieurs scènes (Palais de la Mutualité, Cirque d’Hiver). En parallèle, Virginie Lemoine commence à présenter des sketchs au sein du célèbre cabaret Le Piano-Zinc, à Paris.

À partir de la fin des années 1980, la carrière de la comédienne s’accélère. Après avoir mis en scène le classique d’Eugène Ionesco, La Cantatrice chauve, au Théâtre de Poche à Nantes, Virginie Lemoine fait une rencontre déterminante dans sa carrière, en la personne de Jacques Martin. Ce dernier l’invite à participer à son émission "Ainsi font font font", de 1990 à 1992.

En parallèle, la jeune actrice fait également ses débuts à la radio sur France Inter dans l’émission "Le Vrai-Faux Journal"où elle se lie d’amitié avec celui qui deviendra bientôt son compagnon, Laurent Gerra. À ses côtés, Virginie Lemoine va former un duo qui fera les beaux jours de plusieurs émissions incontournables du petit écran dans les années 1990 (Studio Gabriel, Faites la fête…).

En tant qu’actrice, elle s’illustre au cinéma essentiellement dans des comédies (Golden Boy de Jean-Pierre Vergne, Les 2 papas et la maman de Jean-Marc Longval et Smaïn, Ma femme… s’appelle Maurice de Jean-Marie Poiré…).

En 2001, la comédienne prend part à la série Famille d’accueil sur France 3. Pendant quinze ans et près d’une centaine d’épisodes, Virginie Lemoine interprète le rôle de Marion Ferrière, une femme recueillant chez des enfants de l’Aide Sociale à l’Enfance.

En parallèle de son rôle dans la série, l’actrice multiplie les apparitions dans d’autres fictions du petit écran (Nina, Cassandre, Les Disparus de Valenciennes…). Virginie Lemoine n’en oublie pas pour autant ses premières amours et signe plusieurs mises en scènes au théâtre (Le Bal et Suite Française, d’après les romans d’Irène Némirovsky…), tout en jouant elle-même sur les planches les textes de plusieurs auteurs contemporains (Tout le plaisir pour nous de Ray Cooney, Meurtre mystérieux à Manhattan de Woody Allen, Oscar de Claude Magnier…).