Juliette Binoche è nata a Parigi il 9 marzo del 1964: suo padre era uno scultore e sua madre un'attrice. Quando aveva solo quattro anni i suoi si separarono e Juliette fu mandata in collegio insieme alla sorella Marion. La sua attività di attrice è iniziata amatorialmente in produzioni teatrali scolastiche; a 17 anni ha recitato nella prima commedia di cui è stata anche la regista. L'anno successivo, nel 1982, si iscrisse al National Conservatory of Dramatic Arts di Parigi: qui conobbe un agente che le permise di unirsi a una compagnia teatrale professionista in turnè in Francia, Belgio e Svizzera con lo pseudonimo di Juliette Adrienne. Nei cinque anni successivi, mentre cercava di costruirsi una carriera come attrice, lavorò come commessa in un negozio di Parigi e come modella per un pittore.

Primi successi
Come attrice inizia a farsi notare anche dai registi cinematografici: nel 1984 recita nel bellissimo La vie de famille diretta da Jacques Doillon, mentre l'anno successivo farà parte del cast di Je vous salue, Marie di Jean-Luc Godard. Sempre nel 1985 verrà scelta addirittura come protagonista da Andrè Techiné nel ruolo autobiografico di un'attrice in cerca di fortuna a Parigi nel suo Rendez-vous. Per la Binoche è la consacrazione in patria: diviene una giovane star ambita dai registi più importanti. Anche la critica si accorge di lei, tant'è che riceve la sua prima candidatura per il premio Cesar. L'anno successivo recita nel personalissimo e coraggioso Rosso sangue di Leos Carax, un'interpretazione che lascia segno e che le valse la seconda nomination ai Cesar. Con Leos Carax la Binoche inizierà anche una relazione sentimentale; sempre con lui lavorerà nel tribolatissimo progetto Gli amanti del Pont-Neuf, produzione che a causa del fallimento del primo produttore durerà ben tre anni. Ciononostante il film non riscosse il successo sperato; per la Binoche sarà la terza candidatura al Cesar.
Nel 1988 a soli 24 anni riceve la chiamata da Hollywood: il regista Philip Kaufman la sceglie nel ruolo di Tereza per l'adattamento cinematografico del celebre L'insostenibile leggerezza dell'essere di Milan Kundera. Il film riesce bene, il cast è ottimo (e la Binoche in coppia con Daniel Day-Lewis è perfetta) e sia la critica che il pubblico dimostrano di apprezzare. Nonostante le riprese siano avvenute in Francia, per la Binoche ha rappresentato il vero battesimo di fuoco col cinema a stelle e strisce e con le produzioni di lingua inglese. Nel 1992 reciterà al fianco di Jeremy Irons nell'adattamento del romanzo di Josephine Hart Il danno , diretta da Louis Malle: la pellicola riscosse un successo clamoroso e permise alla Binoche di mostrare tutta la sua fisicità e la sua prorompente sensualità. Ormai le nomination per i Cesar non si contano neanche più: per le vittorie basterà pazientare qualche hanno. Dopo il grande successo de Il danno la Binoche lascia Carax e l'anno seguente è la protagonista di Tre colori - Film Blu di Kieslowski, apparendo anche in piccole parti negli altri due capitoli della trilogia. Il film di Kieslowski è tutto centrato sul tema della libertà e della solitudine e la Binoche fornisce quella che resterà probabilmente la sua migliore prova di attrice, una recitazione tutta basata sui silenzi e sugli sguardi di un'intensità indescrivibile. La trilogia viene letteralmente acclamata dalla critica e la Binoche fa incetta di premi: ottiene la coppa Volpi come migliore attrice al Festival di Venezia, il premio Cesar (finalmente) e la nomination per i Golden Globe (primo riconoscimento ufficiale della critica statunitense. Subito dopo le riprese decide di prendersi una pausa dalle scene per la nascita del figlio Raphael, avuto dal compagno, il subacqueo professionista Andrè Halle.

Ritorno sul set e nuovi successi
Ritorna sul set nel 1995 con L'ussaro sul tetto, una delle produzioni francesi più costose di sempre, diretta da Jean-Paul Rappeneau. Il film, tratto dal romanzo di Jean Giono, non riesce a organizzare la caoticità della materia trattata e l'alternanza fra sequenze domestiche e maestose riprese di masse in movimento. Nel 1996 si misura con William Hurt in Un divano a New York diretta da Chantal Akerman, prima della chiamata di Anthony Minghella nel ruolo di un'infermiera canadese ne Il paziente inglese. Il film, come noto, riscosse un incredibile successo: fu il trionfatore della notte degli Oscar aggiudicandosi ben nove statuette e la Binoche ne uscì come l'autentica vincitrice di tutto il progetto. Si aggiudicò un Oscar come migliore attrice non protagonista, trentasette anni dopo Simone Signoret (ultima francese ad alzare l'ambita statuetta) e il premio come migliore attrice al festival di Berlino. Con questi riconoscimenti la Binoche diventa una vera e autentica star internazionale eppure non smette di 'frequentare' gli autori francesi che avevano creduto in lei quando era ancora un'illustre sconosciuta.
Nel 1998 è la protagonista di Alice e Martin di Andrè Techinè, storia del giovane Martin che, arrivato a Parigi dopo settimane di vagabondaggio per via della morte del padre, diventa fotomodello e si innamora della più matura violinista Alice che, per scoprire cosa tormenta Martin, finisce per diventare una sorta di detective. Un film affascinante e sinuoso in cui la Binoche spadroneggia in quasi tutte le inquadrature dando un'ulteriore prova del suo talento. Due anni più tardi sarà nuovamente Hollywood: diretta da Lasse Hallstrom interpreta la parte dell'accattivante e fascinosa Vianne Rocher, proprietaria di una cioccolateria in Chocolat. Il film riscuoterà un clamoroso e inatteso successo di pubblico e la Binoche otterrà le nomination sia per l'Oscar che per il Golden globe. Oltre ai suoi ruoli cinematografici, Juliette ha anche recitato a Broadway: il 2000 è l'anno del suo debutto con la commedia Betrayal di Harold Pinter per la cui interpretazione ebbe una Nomination ai Tony Award. Sempre nel 2000 nasce Hannah, il cui padre è l'attore Benoit Magimel (i due si separeranno nel 2003), con il quale aveva girato nel 1999 Les Enfants du siècle diretta da Diane Kurys nel ruolo della scrittrice George Sand.
Nel 2000 è la protagonista dell'interessante Storie - Racconto incompleto di diversi viaggi di Michael Haneke, in cui interpreta la parte di un'attrice parigina sposata con un fotografo di guerra: il film riscuote un'eccellente accoglienza da parte della critica ma la sua freddezza non gli permette di diventare un blockbuster. Tornerà a lavorare col regista austriaco nel 2005 per Niente da nascondere, storia di George, un giornalista che conduce una trasmissione letteraria alla televisione, che inizia a ricevere dei misteriosi video in cui compare la propria famiglia e dei disegni inquietanti, difficili da interpretare. Un altro thriller inquietante che è contemporaneamente un noir e una riflessione sul potere dell'immagine e sulla capacità delle immagini di generare sensi di colpa.
Nel frattempo aveva recitato in due pellicole discrete: nel 2002 diretta da Daniele Thompson era la simpatica Rose di Jet Lag, donna in fuga il cui destino si incrocia con quello di Jean Reno mentre nel 2004 era la poetessa Anna Malan, impegnata a seguire le udienze del più famoso torturatore della polizia, in In my country diretta da John Boorman. Nel 2005 verrà diretta da Abel Ferrara nel suo Mary: un regista indipendente ha appena terminato il suo ultimo film in cui interpreta il ruolo di Cristo. Al termine delle riprese, l'attrice interprete del ruolo di Maria Maddalena, anziché rientrare con Tony a New York, parte alla volta di Gerusalemme per proseguire il viaggio spirituale che la porterà lungo la Via Dolorosa, fino nel Santo Sepolcro dove bacerà la Pietra Depositale. Il film ha suscitato stati d'animo differenti fra i critici e nel pubblico, come ogni film di Ferrara ha la giusta dose di provocazione, di crudezza e di dubbio religioso, è girato in modo da dare l'impressione di essere quasi improvvisato e la Binoche si cala in questa melma indefinibile con passione c convinzione.
Nel 2006 la chiamerà nuovamente Anthony Minghella per il suo Complicità e sospetti, progetto decisamente meno fortunato e riuscito del precedente Il paziente inglese. Nella parte di Amira la Binoche tenta di dare credibilità e convinzione al suo personaggio ma il problema è che la pellicola fa acqua un po' da tutte le parti e nono solo viene stroncata dalla critica ma questa volta anche il pubblico la snobba. A Complicità e sospetti seguono L'amore secondo Dan (2007) e Parigi (2008). Dopo il film di Kiarostami Copia conforme (2010) e il perturbante Elles (2011), la troviamo nel Cosmopolis (2012) di Cronenberg accanto a Robert Pattinson. Dopo il blockbuster Godzilla (2014), la troviamo in film d'autore, come Sils Maria di Olivier Assayas, Nobody Wants the Night di Isabel Coixet, e recentemente nell'esordio nel lungometraggio dell'italiano Piero Messina L'attesa. Tornerà a Cannes nel 2016 con il film di Bruno Dumont Ma Loute, passando poi all'azione con Ghost in the Shell di Rupert Sanders. Tra il 2017 e il 2018 è protagonista dei film di Claire Denis L'amore secondo Isabelle e High Life, e di Il gioco delle coppie di Olivier Assayas, mentre nel 2019 è nel cast del film francese del regista giapponese Koreeda Le verità. Lo stesso anno la vedremo protagonista de Il mio profilo migliore di Safy Nebbou, dove è una docente universitaria cinquantenne che si finge una ventenne in un'opera che riflette sull'amore ai tempi dei social network. Nel 2020 è protagonista del film di Martin Provost La brava moglie e nel 2022 è diretta da Emmanuelle Carrère in Tra due mondi e da Claire Denis in Incroci sentimentali.
Nonostante alcuni insuccessi e incomprensioni con la critica, ci vorrebbe ben altro per minare il giudizio complessivo sulla carriera di una delle migliori attrici del cinema contemporaneo che è ormai da considerarsi, se non la migliore, certamente l'attrice più di successo della storia del cinema francese.