Laurence Bourdil n’a pas vingt ans lorsqu’elle débute sur la scène du Théâtre Moderne à Paris en 1962, au sein de la Compagnie Sacha Pitoëff, dans le rôle de la jeune première d’Ivanov de Tchékhov.

En 1963, Peter Brook lui propose le rôle féminin de La danse du sergent Musgrave de John Arden au Théâtre de l’Athénée, aux côtés de Laurent Terzieff.
Viennent ensuite : Lorenzaccio, d’Alfred de Musset (mise en scène Raymond Rouleau au Théâtre Sarah Bernhardt), où elle incarne la jeune première aux côtés de Pierre Vaneck et Roger Blin en 1964, puis l’Oreste d’Alfieri, où elle joue Electre (mise en scène Jean-Pierre Miquel), au Théâtre Récamier. Puis L’Echange de Claudel, où elle incarne Marthe en 1965.
En 1967, elle participe à la création de la pièce de l’écrivain algérien Kateb Yacine, Les ancêtres redoublent de férocité, au Théâtre National de Chaillot à Paris. Elle jouera auprès d’acteurs maghrébins et africains, dirigés par Jean-Marie Serreau.
En 1972, elle rencontre Jorge Lavelli pour Bella Ciao d’Arrabal, au Théâtre National de Chaillot, et pour L’Ile pourpre de Boulgakov au Théâtre de la Ville.
En 1973, Patrice Chéreau lui confie le rôle d’Eglée dans La Dispute de Marivaux, au TNP.
En 1975, elle joue La Mouette de Tchekhov, au Théâtre de la Ville, sous la direction de Lucian Pintillié.
En 1976, reprise de La Dispute au Théâtre de la Porte Saint Martin, ainsi qu’en tournée dans divers pays d’Europe.
De 1977 à 1979, elle interprète entre autres, sous la direction d’Antoine Bourseiller, Baudelaire-Crénom, puis sous celle de Claude Régy Kopi-Wings, aux côtés de Madeleine Renaud, au Théâtre d’Orsay, à Paris.
En 1980, elle joue Paulina dans Le Conte d’hiver de Shakespeare, mise en scène Jorge Lavelli au Palais des Papes d’Avignon puis au Théâtre de la Ville à Paris. En 1981, elle retrouve Claude Régy au Théâtre des Amandiers de Nanterre, pour le rôle de Suzanne dans La Trilogie du revoir de Botho Strauss.
En 1983, elle joue Leïla dans Les Paravents de Jean Genet, mise en scène Patrice Chéreau aux côtés de Maria Casarès.
En 1984, elle retourne au Théâtre de la Ville à Paris, pour jouer le rôle d’Alice, dans Arden de Faversham, mise en scène de Lucian Pintillié.
En 1985, elle interprète le Chevalier de La Fausse suivante de Marivaux, mise en scène Patrice Chéreau, aux côtés de Jane Birkin et de Michel Piccoli.
C’est à partir de 1987 que Laurence Bourdil ressent la nécessité d’un retour aux sources, à travers les contes traditionnels berbères de Kabylie, recueillis et transcrits par sa mère, Taos Amrouche et la tragédie grecque. Elle se consacre alors à l’étude du théâtre dans la civilisation de la Grèce antique, et commence à enseigner en 1989 à Paris.
À l’automne 1998, au Théâtre du Rond-Point des Champs Elysées, sur la proposition de Pierre Chabert, elle joue Claude insolite (d’après les textes en prose de Paul Claudel).
Puis au printemps 1989, sur la proposition de Francis Huster, la marquise Cibo de Lorenzaccio.
En 1990, au Théâtre du Petit Odéon, puis en 1994, à l’Institut du monde arabe, elle crée Roundja, la jeune fille plus belle que Lune et que Rose, conte berbère de Kabylie, grâce à l’aide au projet octroyée par le ministère de la Culture. De février à avril 1992, elle part en tournée dans les trois pays du Maghreb. En août 1997, dans le cadre de l’Unesco et de « Femmes créatrices de la Méditerranée et de la Mer Noire », elle participe au festival de Salonique, avec Roundja, la jeune fille plus belle que Lune et que Rose.
En décembre 1997, sous la direction de Michel Piquemal, Salle Pleyel à Paris, elle interprète le rôle de la Pythonisse du Roi David d’Arthur Honegger puis en 1998, lors du Festival de musique sacrée de Lourdes.
En décembre 1998, dans la cathédrale Notre-Dame de Paris, lors d’un hommage à la Femme, elle lit des extraits du théâtre de Paul Claudel, aux côtés de Michaël Lonsdale.
En janvier et en février 1999, Michèle Césaire l’invite au Centre dramatique de Fort-de- France pour y diriger un atelier sur Les Bacchantes d’Euripide, et donner plusieurs représentations de Roundja.
Elle joue la Reine Geneviève dans Pelléas et Mélisande de Maurice Maeterlinck, mise en scène Alain Ollivier, en janvier 2004 au Théâtre Gérard Philipe.

Parallèlement à sa carrière d’actrice au théâtre, Laurence Bourdil a tourné également, pour la télévision française de nombreux films. Elle a travaillé au cinéma avec Elia Kazan, Jean-Pierre Mocky et Patrice Chéreau.

Depuis 1989, Laurence Bourdil dirige des ateliers sur le théâtre d’Euripide à l’Ecole Supérieure de théâtre de la ville de Paris, au théâtre-école du Passage (Niels Arestrup), dans le cadre de l’AFDAS…