Née à Montreuil, Adèle Haenel commence très jeune à fréquenter les cours de théâtre de son quartier et obtient à 12 ans, à la faveur d'un casting sauvage, son premier rôle, celui d'une jeune autiste dans Les Diables de Christophe Ruggia. A 17 ans, elle tourne avec Céline Sciamma dans le film Naissance des pieuvres, où elle incarne la chef de l'équipe de natation synchronisée, celle qui est l’objet de toutes les attentions, toutes les convoitises et pourtant en proie aux mêmes doutes que les filles de son âge.

Adèle Haenel ne se tourne définitivement vers le cinéma qu'en 2010 après une licence d'économie. Cette année-là, elle enchaîne les tournages en décrochant notamment un rôle majeur dans l'Appolonide de Bertrand Bonello, sélectionné en compétition officielle au 64ème festival de Cannes. Elle poursuit une carrière discrète en privilégiant surtout les collaborations avec des jeunes auteurs sur des premiers et deuxièmes films.

En 2014, elle décroche le César du Meilleur Second Rôle Féminin pour le rôle de Maria dans Suzanne de Katell Quillévéré. La même année, elle présente deux films à Cannes : L'Homme qu'on aimait trop d'André Téchiné, dans lequel elle incarne Agnès Leroux face à Guillaume Canet et Catherine Deneuve et Les Combattants, premier long-métrage remarqué de Thomas Cailley, qui est reparti du festival auréolé de plusieurs prix, et qui lui a valu l’année dernière le César de la Meilleure Actrice.

Depuis 2011 et sa rencontre avec le metteur en scène Arthur Nauzyciel, qui lui confie le rôle de Macha dans La Mouette, Adèle Haenel mène en parallèle à sa carrière cinématographique bien remplie des projets de théâtre pour lesquels elle se produit dans toute la France. Elle a récemment incarné un double rôle masculin dans le premier volet de la Trilogie Mayenburg, mis en scène par Maïa Sandoz de la compagnie du Théâtre de l'Argument, au Théâtre des Quartiers d'Ivry, puis en tournée.

Alors qu’elle vient de terminer le tournage du nouveau film de Jean-Pierre et Luc Dardenne, La Fille Inconnue, dans lequel elle tient le rôle d’un médecin généraliste qui enquête sur la disparition d’une jeune femme, on retrouvera Adèle Haenel à l’affiche de deux autres films cette année : Les Ogres de Léa Fehner, ou les aventures d’une troupe de théâtre itinérante et Orpheline d’Arnaud Des Pallières, l’histoire d’une femme à quatre âges de sa vie.