Dopo gli studi di giornalismo si diploma alla Fémis, iniziando a lavorare come aiuto operatore sul set di registi come Wim Wenders, Joseph Losey, Peter Greenaway e Alain Resnais. Proprio durante le riprese di Paris, Texas Agnès Godard conosce la futura regista Claire Denis, allora assistente di Wenders: tra le due nascerà un sodalizio professionale di grande successo, con titoli come Vendredi soir (2002), Nénette et Boni (1996), J'ai pas sommeil (1994), L'intrus (2004), Beau travail (1999, per il quale la Godard ottiene un César e una candidatura agli EFA) e l'ultimo 35 rhums (2008, presentato alla Mostra di Venezia).
Tra gli altri film fotografati da Agnès Godard spiccano Jacquot de Nantes (1991, di Agnès Varda), L'absence (1993, di Peter Handke), La vita sognata dagli angeli (La vie rêvée des anges, 1998, di Erick Zonca), La Nouvelle Eve - Una relazione al femminile (La Nouvelle Ève, 1999, di Catherine Corsini), La Répétition (2001, sempre di Catherine Corsini), Les Égarés (2003, di André Téchiné), Nuovomondo (2006, di Emanuele Crialese).