I primi lungometraggi
Lussemburghese di nascita, Anne Fontaine, dal vero nome di Anne Sibertin-Blanc, è ballerina di formazione e s'interessa al cinema negli anni '80 quando debutta come attrice. Nel 1980 appare in Tenere Cugine, l'anno successivo in Si ma geule s'il vous plait e poi in P.R.O.F.S. (1985). Nel 1986 collabora alle regia teatrale del grande romanzo di Céline, "Viaggio al termine della notte", insieme a Fabrice Luchini. Incontra dunque Philippe Carcassone, suo futuro marito, che produce il primo film di Anne come regista: Les histoires d'amour finissent mal... en général (1993) che vince il premio Jean Vigo. La carreira dietro la macchina da presa dell'originale artista francese è iniziata e lascerà senza dubbio il segno. L'anno successivo gira un medio metraggio: Augustin, dove ritrae un uomo timido a cui viene data la possibilità di recitare in un film. Il personaggio è interpretato dal fratello di Anne: Jean-Chretienne Sibertin-Blanc che reciterà anche in Augustin, roi du kung-fu (1999) e in Nouvelle chance nel 2006. Nel frattempo prova un cambio di stile dirigendo Miou-Miou, Charles Berling e Stanislas Mehar in Dry Cleaning (1997). Commedia noir, il film parla di una coppia sposata da 15 anni che gestisce un lavaggio a secco e viene perturbata dall'incontro con una drag queen. Dalla psicologia dei personaggi ai triangoli sessuali e amorosi, Dry Cleaning presenta una serie di temi ricorrenti nell'opera di Anne Fontaine e lascerà un segno nella sua filmografia. Charles Berling tornerà a collaborare con Anne quattro anni più tardi nel dramma familiare: Comment j'ai tué mon père che vale a Michel Bouquet, protagonista, un Cèsar come miglior attore protagonista.

Una regista virtuosa
Anne Fontaine torna a esplorare le relazioni di coppia nel 2003 con Nathalie... dove un nuovo triangolo amoroso e messo in scena da Emmanuelle Béart, Fanny Ardant e Gérard Depardieu. Mentre nel 2005 cambia genere girando Entre ses mains, interpretato da Benoit Poelvoorde e Isabelle Carré e definito un "thriller intimo" dall'autrice. Dopo Nouvelle chance (2006), nel 2008 offre a una famosa presentatrice del meteo Louise Bourgoin il suo primo ruolo cinematografico, quello di una prostituta in La fille de Monaco (2008), dandole la possibilità di recitare accanto a Fabrice Luchini e Roschdy Zem. Se presto sarà sui grandi schermi The Grandmothers, tratto dall'opera di Doris Lessing dove Anne dirigerà Nathalie Baye nel ruolo di una cinquantenne che ha una relazione con il figlio di un'amica, nel 2009 esce nelle sale Coco avant Chanel, ritratto quasi epico di Coco Chanel, la stilista di lusso (interpretata da Audrey Tautou). Nel 2012 dirige la straordinaria Isabelle Huppert e il caratterista Benoît Poelvoorde nella commedia Il mio migliore incubo!, nella quale i due protagonisti, pur essendo diversissimi fra loro, sono destinati a condividere le loro vite. Passa invece al dramma quando dirige il film tratto da Doris Lessing Two Mothers (2013), storia di due amiche che si innamorano ciascuna del figlio dell'altra: una storia d'amore non convenzionale e provocatoria interpretata da Naomi Watts e Robin Wright.
Dopo Gemma Bovery (2015), racconta il dramma di un convento di suore nella Polonia del '45 in Agnus Dei (2016).