Isabelle Yasmine Adjani è nata a Gennevilliers da padre algerino e madre tedesca il 27 giugno del 1955. Ha cominciato a recitare giovanissima in produzioni teatrali e ha debuttato in un'età altrettanto giovanile sul set cinematografico con il film Le petit bougnat di Bernard Toublanc Michel.
Nel 1972 l'Adjani entra a far parte della Comédie Française, storica compagnia teatrale francese, divenendone in breve una delle rivelazioni più clamorose. La Adjani tuttavia decide di rinunciare ad un contratto ventennale con la prestigiosa compagnia per interpretare invece Lo schiaffo (1974) di Claude Pinoteau. Ormai la bellissima attrice è più che una promessa e nel 1975, Adele H. una storia d'amore, suo primo vero trionfo, non giunge certo inaspettato. François Truffaut, regista del film, è stupefatto dalla sua bellezza e dalla sua bravura - non a caso l'Adjani ottiene la nomination all'Oscar come miglior attrice protagonista.

La sua straordinaria versatilità le permette d'interpretare con disinvoltura ruoli dolci e remissivi ed altri più forti: anche per questo l'Adjani si caratterizza come attrice dalle scelte mai casuali e di qualità, che cerca sempre di lavorare con registi altamente qualificati. Diva fragile e bellissima, perfetta in ruoli psico-patologici, prediletta da registi 'irregolari' come Polanski che la vuole nel film L'inquilino del terzo piano (1976).
Nel 1981 vince la Palma d'oro a Cannes come miglior attrice protagonista per le sue interpretazioni nel raffinato Quartetto di James Ivory e poco dopo appare nello sconvolgente Possession di Andrzej Zulawski. Nel 1985 è la volta di Subway di Luc Besson, nei panni di una donna che insegue l'avventura e l'amore nei sotterranei della metropolitana.
Dopo alcune durissime polemiche con i media, a causa di pesanti illazioni sul suo stato di salute, torna sul grande schermo nel 1988 con Camille Claudel, un altro trionfo, gratificato ancora con il César e il premio come miglior attrice al Festival di Berlino.
Segnata da una vita privata tumultuosa e dalla sfortunata storia d'amore con l'attore Daniel Day-Lewis, da cui nel '95 ha avuto un figlio, Gabriel Kan, l'Adjani abbandona il cinema per qualche anno. Il suo ritorno sullo schermo avviene nel 1993 con Toxic di Philomène Esposito, e l'anno successivo gira il kolossal La regina Margot di Patrice Chéreau.
Nel 2000 poi, dopo 17 anni di assenza, diretta da Alfredo Arias, è tornata a recitare anche in teatro nei panni struggenti di Marguerite Gautier, la celeberrima signora delle camelie, già protagonista della Traviata di Verdi e dell'omonimo romanzo di Dumas figlio.