Giovane e appassionata all'universo della recitazione, partecipa durante la sua adolescenza a un corso di espressione teatrale.
L'audizione per L'amante
Già nel 1989, tenta di avere le prime opportunità di lavoro nel mondo del cinema, presentandosi all'audizione (aveva solo 14 anni!!!) per il ruolo da protagonista ne L'amante (1992) di Jean-Jacques Annaud, viene scartata in favore di Jane March, ma quello stesso provino le porterà fortuna, dato che il direttore de casting si ricorderà di lei ella proporrà invece come protagonista femminile del film di Gerard Lauzier Mio padre, che eroe! (1991) con Gérard Depardieu, grazie al quale verrà nominata al César come miglior attrice esordiente. Nel 1994, pienamente consapevole che il mondo del cinema potrebbe essere la sua casa, ma più generalmente la recitazione il suo lavoro, segue un corso di quattro mesi all'École du Cirque de Bruxelles. Successivamente, recita nel film Marie (1994) vincendo il Grifone di Bronzo come miglior attrice al Giffoni Film Festival.
Rincorrendo il César
Ma il film che la rende più celebre è, senza alcun dubbio, L'esca (1995) di Bertrand Tavernier, all'interno del quale recita, assieme a Richard Berry, Philippe Duclos e Clotilde Courau, il ruolo di Nathalie, una ragazza complice di due rapinatori. La sua performance le permetterà di essere nominata una seconda volta al Cèsar come miglior attrice esordiente. Un'altra nomination ai César (ma come miglior attrice protagonista) arriva con Il cavaliere di Lagardére (1997).
Il teatro e altri film
Particolarmente attiva a teatro, Marie Gillain si impegna nello spettacolo "Le journal d'Anne Frank" incontrando il successo che replicherà nel 2002 accanto a Pierre Vaneck e Vincent Elbaz ne "Hysteria", diretta nientemeno che da John Malkovich. Fra le molte pellicole della sua carriera ricordiamo: un altro film diretto da Tavernier Laissez-passer (2001); Le affinità elettive (1996) diretta da Paolo e Vittorio Taviani; La cena (1998) di Ettore Scola con Vittorio Gassman e Stefania Sandrelli; Harem Suaré (1999); Autoreverse (2002); L'enfer (2005) e Coco avant Chanel - L amore prima del mito (2009), Tutti i nostri desideri (2011).
La vita privata
Per quanto riguarda la sua vita privata, Marie Gillain è madre di Dune, una bambina nata nel 2004 dalla relazione con il musicista Martin Gamet, anche se attualmente l'attrice fa coppia con l'attore italo-francese Christophe Degli Esposti. Testimonial dei cosmetici Lancôme, canta con Martin Rappeneau la canzone "Les figures imposées", contenuta nell'album "La moitié des choses".
