C’est à l'âge de treize ans que Roxane Mesquida fait sa première apparition au cinéma dans Marie Baie des Anges du réalisateur français Manuel Pradal. Ce dernier la repère dans la rue alors qu'elle se balade en compagnie de sa mère. Deux ans plus tard, elle tourne pour Benoît Jacquot dans L'Ecole de la chair aux côtés d’Isabelle Huppert.

En 2002, elle rencontre celle qui deviendra son mentor, Catherine Breillat. Elle enchaîne alors les tournages sensuels et provocateurs : en 2001, elle interprète le rôle d’Elena dans A ma soeur !. Elle y joue la grande sœur libérée de l'héroïne, qui multiplie les aventures sexuelles et qui est l'objet de toutes les convoitises masculines. Un an après, on la revoit dans Sex is comedy de la même réalisatrice. Le film relate un tournage difficile dirigé par une Anne Parillaud qui réunit deux acteurs qui ont du mal à collaborer. La comédienne et la réalisatrice se retrouveront en 2007 pour Une vieille maîtresse. Roxane Mesquida revêt cette fois le costume d’une jeune blonde au visage angélique éprise d’un bel étalon aux mœurs légères, incapable de rompre le lien avec son amante maléfique (Asia Argento).

Entre temps, elle poursuit avec la comédie romantique Sexes très opposés de Eric Assous et surtout Sheitan, qui la révèle vraiment en 2006. Ce conte sanglant de Kim Chapiron lui offre l'occasion de donner la réplique à Vincent Cassel, Ladj Ly et Leïla Bekhti. Elle y campe le personnage d’Eve, ange machiavélique, qui invite un groupe de jeunes, rencontrés à Paris, dans sa maison de campagne.

Installée en 2009 aux Etats-Unis, l'actrice se partage durant plus d'une décennie entre la France et le pays de l'Oncle Sam. Devenant film après film l'égérie d'un cinéma en marge, elle poursuit les rôles ambivalents. En 2010, elle est ainsi à l'affiche du film d'horreur suisse Sennentuntschi, basée sur une légende alpestre selon laquelle une poupée utilisée par des bergers pour assouvir leurs besoins sexuels prend vie pour se venger. La même année, elle est confrontée à un pneu tueur et télépathe dans l'inclassable Rubber de Quentin Dupieux, et s'illustre dans son premier film américain, le pop Kaboom, de Gregg Araki. Connu pour ses portraits nihilistes d'une jeunesse à la sexualité débridée, le réalisateur s'intéresse une nouvelle fois à la jouissance adolescente.

Elle s'offre ensuite une incursion télévisée avec la saison 5 de Gossip Girl, dans le rôle de la princesse manipulatrice Béatrice Grimaldi, et la saison 2 de XIII: la série. Après le film de vampires Kiss of the Damned de Xan Cassavetes (fille de John), elle retrouve Quentin Dupieux avec Wrong Cops et Réalité. Plus rare sur les écrans, elle retrouve en 2014 les plateaux français avec la comédie dramatique Nos futurs de Rémi Bezançon et l'année suivante le pointu Malgré la nuit de Philippe Grandrieux.

A l'exception de la série Now Apocalypse de Gregg Araki en 2019, qui renoue avec l'esprit déjanté de Kaboom, l'actrice apparaît à la fin des années 2010 dans des projets qui passent inaperçus. En 2022, elle revient s'installer avec sa famille en France et tourne dans Méduse, premier long-métrage de Sophie Lévy. Elle y interprète une jeune femme qui veille sur sa sœur handicapée, muette et hémiplégique après un accident de voiture.

Emilie Schneider