Nata nel 1978, studia recitazione a Orléans e Parigi. Dopo due anni trascorsi a New York, torna in Francia e inizia la carriera teatrale, lavorando tra gli altri in Nos amis, les humains di Bernard Werber: la pièce ha un grande successo e Audrey è anche protagonista del film che ne viene tratto, Nos amis les Terriens (2006), diretto sempre da Werber. L'incontro decisivo avviene tuttavia con Lelouch, che la vuole con sé per Cinéma de boulevard, segmento del film collettivo Chacun son cinéma (2007), e per Roman de gare (2007), per cui Audrey ottiene una candidatura ai César e il prestigioso premio Romy Schneider. La sua filmografia comprende, oltre Welcome, numerose commedie: Ce soir, je dors chez toi (2007), La difference c'est que c'est pas pareil (2009), Ah! La libido.
Parallelamente alla sua carriera di attrice, Audrey Dana è anche sceneggiatrice e regista. Ha scritto e diretto il cortometraggio 5 à 7 (2008), con Jocelyn Quivrin e nel 2014 ha esordito con il suo primo lungometraggio, 11 donne a Parigi.
Nel 2015 interpreta Pascale in Pension complète di Florent-Emilio Siri. Nel 2016 dirige Qualcosa di troppo in cui interpreta anche il ruolo della protagonista Jeanne, una donna sull'orlo di una crisi depressiva, fino a quando una mattina si sveglia e scopre che qualcosa è cambiato. Nel 2017, nell'ultimo film di Martin Provost, Quello che so di lei, interpreta la direttrice del reparto ospedaliero.