| 2026 | Queen at Sea | Amanda |
| En nous | Self |
| Le soir où j'ai reçu le César 2026 | Juliette Binoche |
| 2025 | Wim Wenders: Der ewig Suchende | Self |
| Conversation avec Juliette Binoche | — |
| 2024 | Trở Về | Penelope |
| C'est pas moi | (archive footage) |
| 2023 | Muôn Vị Nhân Gian | Eugénie |
| Kiarostami Mashghoul-e Kar Ast | Self |
| Cannes Uncut | Self |
| Lars Eidinger - Sein oder nicht Sein | Self |
| 2022 | Le Lycéen | Isabelle Ronis |
| Cao Tốc Thiên Đường | Sally |
| Avec amour et acharnement | Sara |
| La fabrique des pandémies | Herself |
| Dans les pas de Jean-Paul Rappeneau | Self |
| Code Haneke | Self |
| Le soir où j'ai reçu le César 2022 | Self |
| Ouistreham | Marianne Winckler |
| 2021 | Poumon Vert et Tapis Rouge | Self |
| 2020 | La Bonne Épouse | Paulette Van Der Beck |
| Das Kino ist tot, es lebe das Kino - Berlinale-Beobachtungen | Self |
| 2019 | Olivier Rousteing: Cậu bé vàng của làng thời trang | Self |
| Sự Thật | Lumir |
| Infraction | Amandine |
| André Téchiné, cinéaste insoumis | Self - Actress |
| Celle que vous croyez | Claire Millaud |
| 2018 | Doubles vies | Selena |
| Sự Sống Ngoài Vũ Trụ | Dibs |
| ビジョン | Jeanne |
| 2017 | Malaria Business | Narratrice |
| Un beau soleil intérieur | Isabelle |
| Ghost in the Shell: Hard-Wired Humanity - Making Ghost in the Shell | self |
| Vỏ Bọc Ma | Dr. Ouelet |
| Đại Chiến Bà Bầu | Mado |
| 2016 | Polina, danser sa vie | Liria Elsaj |
| 76 Minutes and 15 seconds with Abbas Kiarostami | Herself |
| Ma Loute | Aude van Peteghem |
| 2015 | Nadie quiere la noche | Josephine |
| L'attesa | Anna |
| 7 Letters | Lady at Cavenagh Bridge ('Cinema') |
| 33 Người Thợ Mỏ | María Segovia |
| Antigone at the Barbican | Antigone |
| Parler de Rose, prisonnière de Hissène Habré | — |
| L'homme tango | — |
| 2014 | Clouds of Sils Maria | Maria Enders |
| Words and Pictures | Dina Delsanto |
| Chúa Tể Godzilla | Sandra Brody |
| 2013 | لبخند بی پایان | Self |
| Tusen ganger god natt | Rebecca |
| Michael H. – Profession: Director | Self |
| Camille Claudel 1915 | Camille Claudel |
| عباس کیارستمی: یک گزارش | Self (archive footage) |
| 2012 | Citizens of Cosmopolis | Self |
| À cœur ouvert | Mila |
| Tỷ Phú Gặp Nạn | Didi Fancher |
| La Vie d'une autre | Marie Speranski |
| Camille Claudel 2012 | Self |
| 2011 | The Son of No One | Lauren Bridges |
| Elles | Anne |
| Mademoiselle Julie | Mademoiselle Julie |
| 2010 | Sao Y Bản Chính | Elle |
| Let's See Copia Conforme | Self |
| 2009 | Juliette Binoche dans les yeux | Herself |
| Mein Leben | Self |
| شیرین | — |
| 2008 | L'Heure d'été | Adrienne |
| Paris | Elise |
| Mon père était un ballon rouge: conte de la vie d'Albert Lamorisse | Self |
| 2007 | Dan in Real Life | Marie |
| Désengagement | Ana |
| Le Voyage du ballon rouge | Suzanne |
| 2006 | Breaking and Entering | Amira |
| Quelques jours en septembre | Irène Montano |
| Paris, je t'aime | Suzanne (Place des Victoires) |
| Face 'Caché' | Self |
| Still Alive: film o Krzysztofie Kieślowskim | Self |
| Histoire(s) du cinéma 3a : la monnaie de l'absolu | Self (archive footage) (uncredited) |
| 2005 | Mary | Marie Palesi / Mary Magdalene |
| Live 8 | Self |
| Giấu Kín | Anne Laurent |
| Odyssey in Rome | — |
| Bee Season | Miriam |
| Il mondo non è un panorama | La Madre |
| 2004 | In My Country | Anna Malan |
| 2002 | Décalage Horaire | Rose |
| Un jour dans la vie du cinéma français | Self |
| 2000 | Viên Kẹo Ngọt Ngào | Vianne Rocher |
| Filming Haneke | Interviewee |
| Code inconnu | Anne Laurent |
| La Veuve de Saint-Pierre | Pauline, l'épouse du capitaine |
| در نزدیکی کیارستمی | as Self |
| 1999 | Les Enfants du Siècle | George Sand / Baroness Aurore Dudevant |
| 1998 | Alice et Martin | Alice |
| 1996 | Bệnh Nhân Người Anh | Hana |
| Un divan à New York | Béatrice Saulnier |
| 1995 | Le Hussard sur le toit | Pauline de Théus |
| 1994 | Ba Sắc Màu: Đỏ | Julie |
| Ba Sắc Màu: Trắng | Julie |
| 1993 | Ba Sắc Màu: Xanh | Julie |
| 1992 | Damage | Anna Barton |
| Wuthering Heights | Cathy / Catherine |
| 1991 | Đôi tình nhân trên cầu Pont Neuf | Michèle Stalens |
| Mara | Mara |
| Women & Men 2: In Love There Are No Rules | Mara |
| Enquête sur un film au-dessus de tout soupçon | Self |
| 1989 | Un tour de manège | Elsa |
| 1988 | The Unbearable Lightness of Being | Tereza |
| 1986 | Mauvais Sang | Anna |
| Mon beau-frère a tué ma sœur | Esther |
| CASTING | Self (archive footage) |
| 1985 | Rendez-vous | Nina |
| La Vie de famille | Natacha |
| Les Nanas | Antoinette |
| Adieu Blaireau | Brigitte |
| Je vous salue, Marie | Juliette |
| Fort Bloqué | Nicole |
| 1983 | Liberty Belle | Rally girl |
| Petites notes à propos du film 'Je vous salue, Marie' | Self |