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Fanny Ardant débute au théâtre en 1974 dans Polyeucte de Corneille, puis joue Racine, Claudel et Montherlant sous la direction de Dominique Leverd. À la télévision, Les Dames de la côte de Nina Companeez (1979) la révèle.

François Truffaut lui confie ensuite La Femme d'à côté puis Vivement dimanche. Elle tourne ensuite avec Alain Resnais (La vie est un roman, L'Amour à mort, Mélo), Ettore Scola, Costa-Gavras, Volker Schlöndorff, Sydney Pollack, Michelangelo Antonioni et Wim Wenders.

Elle a reçu le César de la meilleure actrice pour Pédale douce. Avec Huit femmes de François Ozon, elle obtient l'Ours d'argent à Berlin, et elle reçoit le César du second rôle pour La Belle Époque de Nicolas Bedos.

Ces dernières années, elle a tourné avec Franco Zefirelli et Jérémy Irons (Callas Forever), Paolo Sorrentino, Roman Polanski (The Palace), Carine Tardieu (Les Jeunes Amants) et Kirill Serebrennikov (After). Elle est à l'affiche en 2026 de Les Roses de Marrakech de Ginevra Elkann.

Au théâtre, elle a été la Callas de Master Class mise en scène par Roman Polanski et a beaucoup servi Marguerite Duras : La Musica deuxième, La Maladie de la mort, Des journées entières dans les arbres, Hiroshima mon amour et La Passion suspendue en 2019. Elle a aussi joué Cassandre de Christa Wolf au Théâtre de l’Athénée et en tournée et Croque-Monsieur au Théâtre de la Michodière. En 2024-2025, elle a joué La Blessure et la soif au Théâtre Marigny puis en tournée. À l'opéra, elle a été récitante dans Jeanne au bûcher d'Honegger au Festival de Salzbourg et dans Oedipus Rex de Stravinski à Lisbonne. En 2019, elle a mis en scène Lady Macbeth de Chostakovitch et Aleko de Rachmaninov à l'Opéra national d'Athènes.

Elle est également réalisatrice de Cendres et sang (sélection officielle à Cannes 2009), Cadences obstinées et Le Divan de Staline.