Attrice e autrice teatrale, consegue il diploma di recitazione nel 2000 presso la Scuola Teatès (direttore Michele Perriera). Negli anni degli studi scrive, dirige e interpreta diverse opere teatrali, come Che male vi fo e Bestino, risultando vincitrice di concorsi per artisti emergenti. Debutta al cinema nel 2006 con Nuovomondo di Emanuele Crialese e nel 2008 è la protagonista del film di Paolo Virzì Tutta la vita davanti, che le vale la candidatura al Nastro d’argento come migliore attrice protagonista.
Recita quindi in Viola di mare di Donatella Maiorca, Due vite per caso di Alessandro Aronadio, Oggi sposi di Luca Lucini, Dieci inverni di Valerio Mieli e Un altro mondo di Silvio Muccino. Nel 2010, con La nostra vita di Daniele Luchetti vince il Nastro d’argento come migliore attrice non protagonista. Nello stesso anno è la madrina della 67ª Mostra internazionale d’arte cinematografica di Venezia, dove viene presentato il film di Giorgia Cecere Il primo incarico, di cui è protagonista. È poi protagonista anche del film di Massimo Venier Il giorno in più, e nel 2012 viene insignita al Festival di Berlino del premio “Shooting Star” come miglior talento europeo dell’anno.
Nel maggio 2013 è in teatro al Piccolo Eliseo con Taking care of baby di Dennis Kelly, per la regia di Fabrizio Arcuri. Sempre nel 2013 gira La sedia della felicità, diretta da Carlo Mazzacurati, Una storia sbagliata di Gianluca Tavarelli e Il giovane favoloso di Mario Martone, presentato in concorso alla 71ª Mostra del cinema di Venezia. Il 2014 la vede protagonista dello spettacolo teatrale African Requiem di Stefano Massini, dedicato alla giornalista Ilaria Alpi.
In seguito è attiva al cinema con Dobbiamo parlare di Sergio Rubini, Sole cuore amore di Daniele Vicari (per cui ottiene la candidatura ai David di Donatello e ai Nastri d’argento come migliore attrice protagonista), Il padre d’Italia di Fabio Mollo (Golden globe come migliore attrice protagonista) e Questione di Karma di Edoardo Falcone. È inoltre impegnata anche sul set della fiction Rai Rocco Schiavone, per la regia di Michele Soavi.
Dopo essere tornata in teatro con lo spettacolo Memorie di due giovani spose, per la regia di Sonia Bergamasco, interpreta su Rai Uno Tutto il giorno davanti, film tv di Luciano Mainuzzi ispirato alla storia dell’assessore palermitano Agnese Ciulla. Al cinema, insieme ad Alessandro Gassman è invece protagonista di Mio fratello rincorre i dinosauri, film per la regia di Stefano Cipani che viene accolto con successo al festival di Venezia e che le vale anche la candidatura ai David di Donatello come miglior attrice protagonista. Con Michele Riondino e Valerio Binasco recita inoltre nella serie La guerra è finita, per la regia di Michele Soavi.
Il 2020 l’ha vista impegnata in una serie di letture e spettacoli teatrali come Cristotemis di Ghianni Ritstos al Teatro greco di Siracusa e Da lontano. Chiusa sul rimpianto di Lucia Calamaro, in prima assoluta al 25° Riccione TTV Festival.
Foto di Nicola De Rosa (dettaglio)