Juliette Binoche nació en París en 1964; sus padres trabajaban en el teatro como actores, directores y dramaturgos. Debutó en los escenarios a los 17 años y estudió en el Conservatorio Nacional.
Se dio a conocer en 1984 por su papel de una adolescente Virgen María en la controvertida Yo te saludo, María, de Jean-Luc Godard. Al año siguiente fue muy aclamada en el Festival de Cannes por su interpretación en Rendez-vou/La cita, de André Téchiné. En 1986, después de trabajar con el director Leos Carax en Mala sangre, hizo su primer papel en inglés en La insoportable levedad del ser, de Phillip Kaufman. Volvió a colaborar con Leos Carax en Los amantes del Pont-Neuf. Regresó a los escenarios de París e interpretó "La gaviota", dirigida por Andrew Konchalowsky. Protagonizó el corto "Mara", de Mike Figgis.
En 1992 coprotagonizó, con Jeremy Irons, Herida, de Louis Malle, y Cumbres borrascosas, con Ralph Fiennes. A continuación protagonizó Azul, la primera parte de la afamada trilogía de Krzysztof Kieslowski.
En 1995 se estrenó El húsar en el tejado y en 1986 obtuvo el Oscar a la Mejor Actriz Secundaria por su papel en El paciente inglés, de Anthony Minghella. Regresó a los escenarios con "Naked", en el teatro Almeida de Londres. Volvió a Francia para trabajar de nuevo con André Téchiné en Alice y Martin. Fue nominada a un César a la Mejor Actriz por su interpretación en La viuda de Saint-Pierre.
En 1999 trabajó con el director Michael Haneke en el drama Código desconocido, y ese mismo año protagonizó Chocolat, de Lasse Hallström, por la que obtuvo numerosos premios internacionales. A continuación trabajó en una obra de Harold Pinter, "Betrayal", en Broadway.
En 2002 interpretó su primer papel cómico en Jet Lag, con Jean Reno. En 2004 la vimos con Samuel L. Jackson en In My Country, de John Boorman. Volvió a trabajar con Michael Haneke en el exitoso thriller Caché/Escondido, galardonado en el Festival de Cannes, los Premios del Cine Británico Independiente y la Asociación de Críticos de Los Ángeles. Ese mismo año pudimos verla en la película independiente La huella del silencio/Bee Season, con Richard Gere, y en Mary, de Abel Ferrara.
Entre sus últimos trabajos destacaremos Paris, je taime; Algunos días en septiembre; Breaking and Entering, en la que vuelve a trabajar con el director Anthony Minghella; Le voyage du ballon rouge, del premiado director taiwanés Hou Hsiao-Hsien; Paris, de Cédric Klapish; Désengagement, de Amos Gitai, y Lheure dété, de Olivier Assayas.
Actualmente está rodando o a punto de rodar The Other Man, de Richard Eyre; Another Kind of Silence, de Santiago Amigorena; Socialisme, de Jean-Luc Godard, y Certified Copy, de Abbas Kiarostami.