Dopo avere esordito ancora tredicenne nel film di De Sica Una breve vacanza, debutta sul palcoscenico a sedici anni diretta da Giorgio Strehler in "Il giardino dei ciliegi" di Cechov al Piccolo Teatro di Milano. Recitando ne "I Masnadieri" di Schiller incontra Gabriele Lavia, al quale si lega sentimentalmente e artisticamente, che la dirige soprattutto in ruoli femminili molto forti e difficili come Giocasta, Lady Macbeth, Ofelia, ma anche al cinema nei film erotici Scandalosa Gilda, Sensi e La lupa. La coppia si separa nel 2001, ma la Guerritore continua a recitare in ruoli scomodi come Madame Bovary e Carmen.

Sul grande schermo
Accanto alla carriera teatrale porta avanti anche quella televisiva e cinematografica: nel 1976 è accanto a Marcello Mastroianni in Signore e signori, buonanotte, nel 1977 è protagonista del primo sceneggiato Rai a colori, Manon Lescaut; al cinema si ricordano soprattutto Fotografando Patrizia di Salvatore Samperi (1985) e La Venexiana di Mauro Bolognini (1986), mentre dopo lo spettacolo teatrale su Giovanna d'Arco, da lei scritto, diretto e interpretato, partecipa al film di Ferzan Ozpetek tratto da Melania Mazzucco, Un giorno perfetto. Nel 2011 è nel cast della divertente commedia La peggior settimana della mia vita, nella quale recita accanto a Cristiana Capotondi e Fabio De Luigi. L'anno successivo recita nel film del giovane regista Ivan Silvestrini Come non detto. Tra le interpretazioni più recenti ricordiamo Puoi baciare lo sposo di Alessandro Genovesi, Tuttapposto di Gianni Costantino e la serie Speravo de morì prima.

Vita privata
Madre di Lucia e Maria, è attualmente la compagna dell'ex presidente della Rai Roberto Zaccaria.