Juliette Binoche naît à Paris le 9 mars 1964, d'un père metteur en scène et sculpteur, Jean Marie Binoche, et d'une mère comédienne et professeur de lettres, Monique Stalens, qui anime un atelier d'art dramatique au sein de son collège.
Diplômée de l'École Nationale d'Art Dramatique de Paris, elle n'apparaît qu'un instant dans Liberty Belle de Pascal Kané (1982) et Le meilleur de la vie de Renaud Victor (1983), mais Je vous salue Marie de Jean-Luc Godard (1983) et La vie de famille de Jacques Doillon (1984), lui offrent de belles scènes à défendre et lui permettent de "jouer à tout prix" face à deux cinéastes confirmés.
C'est André Téchiné qui la révèle véritablement au public et à la profession en 1985, dans Rendez-vous, avec Lambert Wilson. Sa remarquable prestation lui vaut les honneurs du Festival de Cannes et sa première nomination au César de la meilleure actrice.
En 1988, Juliette s'investit dans le rôle d'une clocharde malade, éprise d'un jongleur interprété par Denis Lavant. Le tournage malchanceux des Amants du Pont Neuf, troisième film de Léos Carax, s'étire jusqu'en 1991. De multiples péripéties menacent l'existence du film à de nombreuses reprises (effondrement d'une partie du pont reconstitué à Montpellier, blessure de Denis Lavant, défaillance d'un assureur, changement de producteur, difficultés financières...). Juliette Binoche puise dans ses lectures, sa grâce et sa détermination, la force de surmonter les doutes et les contraintes avec un talent à toutes épreuves. Elle refuse des propositions de cinéastes de renom, dont les premiers rôles féminins de Au delà de la mer Egée (1989), d'Elia Kazan, et de Cyrano de Bergerac (1990), de Jean Paul Rappeneau, choisit le titre du film, convainc Carax d'en modifier la fin en des termes optimistes (les deux personnages principaux devaient initialement mourir noyés, dans la dernière scène) et hisse finalement son jeu d'actrice à des niveaux d'intensité et d'émotion rarement atteints jusqu'alors.
Le film de Carax subit pourtant un relatif échec commercial et sa démesure porte préjudice à la réputation de ses acteurs. Cependant, Juliette Binoche part à Londres et continue d'enrichir son cinéma, avec Fatale, de Louis Malle (1992), face à Jeremy Irons. Le public conquis retrouve le chemin des salles et les critiques confondus ne tarissent plus d'éloges. Elle tourne également Wuthering Heights de Peter Kosminski (1992), une version anglaise inédite en France des "Hauts de Hurlevent" réalisée pour la télévision, où elle donne la réplique à Ralph Fiennes.
En 1997, sa prestation dans le Patient Anglais d'Anthony Minghella atteint des sommets qui lui valent un triomphe plus que jamais planétaire. Elle est notamment couronnée par l'Oscar du Meilleur second rôle féminin et par l'Ours d'argent de la Meilleure actrice du festival de Berlin. Depuis Simone Signoret, oscarisée en 1960, aucune actrice française n'avait à ce point été honorée par le public et par le monde professionnel du cinéma.
Elle retrouve ensuite Anthony Minghella dans Breaking and entering (2005), face à Jude Law, puis soutient le premier film de Santiago Amigorena, Quelques jours en septembre (2005), avec John Turturro et Sara Forrestier. Deux films contemporains profondément ancrés dans l'actualité, qui ne l'empêchent pas de renouer avec une histoire d'amour, le temps du segment "2è arrondissement" de Nobuhiro Suwa, qui s'inscrit dans la série de 20 court-métrages tournés à Paris par 20 réalisateurs différents, sur le thème de la rencontre amoureuse: "Paris, je t'aime", dont la sortie est prévue pour 2006.