On découvre Magali Woch en 1999 en teenager survoltée dans La Vie ne me fait pas peur, portrait de quatre copines "à la vie à la mort" réalisé par Noémie Lvovsky. En 2003, Arnaud Desplechin, qui a souvent fait appel à de jeunes talents prometteurs (d'Emmanuel Salinger à Emmanuelle Devos) offre à la comédienne le rôle qui lui vaudra en 2005 une nomination au César du Meilleur espoir féminin : dans Rois et reine, elle est Arielle, dite "La Chinoise", étudiante suicidaire et compagne d'infortune d'Ismaël-Mathieu Amalric, interné malgré lui dans un hôpital psychiatrique. L'actrice rejoint le casting de La Vie d'artiste de Marc Fitoussi en 2006, qui fait de nouveau appel à elle quatre ans plus tard pour son film Copacabana, dans lequel elle campe une SDF recueillie par Isabelle Huppert.