Llamó por primera vez la atención del público internacional con su epónimo papel en la increíblemente exitosa fábula romántica de 2001, "Amelie", dirigida por Jean-Pierre Jeunet, y por la que fue nominada al César a la Mejor Actriz. La película también fue nominada a varios premios de la Academia, incluido el de Mejor Película de Habla no Inglesa. Dos años después, Tautou volvió a trabajar con Jeunet en la película épica "Largo domingo de noviazgo".

Más recientemente, ha protagonizado "Las muñecas rusas", de Cédric Klapisch, y la película musical de Alain Resnais "Pas Sur La Bouche", en la que también ha cantado. Su primer papel en inglés fue en la película de 2002 "Negocios ocultos", de Stephen Frears.

Nacida el 9 de agosto de 1978 en Beaumont, Francia, Tautou mostró talento para la comedia desde muy temprana edad y empezó a ir a clases de interpretación en la Cours Florent.

Tras terminar sus estudios, Tautou consiguió varios pequeños papeles en la televisión francesa. Rápidamente empezó a trabajar en el cine, impresionando con su actuación en "Venus salón de belleza" (1999), por la que ganó el César a la Mejor Actriz Revelación.

Posteriormente ha aparecido en varias películas que han llamado la atención de crítica y público, entre las que se encuentran "Voyous Voyelle", en la que es la protagonista, "Happenstance", "God Is Great, IŽm Not", "Una casa de locos", "Sólo te tengo a ti" y "Happy End".