Nata a Parigi nel gennaio 1962, figlia della montatrice e regista Nadine Trintignant (Le petit soldat - 1960 - di Jean-Luc Godard, Il ladro di crimini - 1969 -, Tempo d’amore - 1971 -, L’uomo in basso a destra nella fotografia - 1973 -, Un giorno e una notte - 1976  -, Primo viaggio - 1980 -, L’estate prossima - 1984 -, Le fuggitive - 1995) e del noto attore e regista Jean-Louis Trintignant (Piace a troppi - 1956 - di Roger Vadim, Un’estate violenta - 1959 - e Il deserto dei Tartari - 1976 -, entrambi diretti da Valerio Zurlini, Il sorpasso - 1962 - di Dino Risi, Un uomo, una donna - 1966 - di Claude Lelouch, Z - L’orgia del potere - 1969 - di Costantin Costa-Gavras, La mia notte con Maud - 1969 - di Eric Rohmer, Il ladro di crimini - 1969 - e L’uomo in basso a destra nella fotografia - 1973 -, entrambi diretti da Nadine Trintignant, Il conformista - 1970 - di Bernardo Bertolucci, Una giornata spesa bene - 1972 -, La corsa della lepre attraverso i campi - 1972 - di René Clément, La donna della domenica - 1975 - di Luigi Comencini, Il maestro di nuoto - 1978 -, Colpire al cuore - 1983 - di Gianni Amelio, Finalmente domenica! - 1983 - di François Truffaut, Sotto tiro - 1983 - di Roger Spottiswoode, Tre colori - Film rosso - 1994 - di Kristof Kieslowski), dopo alcuni ruoli secondari (Tempo d’amore - 1971 -, L’uomo in basso a destra nella fotografia - 1973 -, Un giorno e una notte - 1976 -, tutti e tre diretti da Nadine Trintignant), si afferma interpretando una diabolica ragazza sordomuta che spinge il suo uomo all’omicidio ne Il fascino del delitto (1979) di Alain Corneau.

Diretta da sua madre interpreta Primo viaggio (1980), e L’estate prossima (1984).

Dopo Estate impura (1987) di Pierre Granier-Deferre e Un affare di donne (1988) di Claude Chabrol, si orienta verso ruoli più leggeri prendendo parte alla commedia In viaggio con Alberto (1990) di Arthur Joffé ed interpretando da protagonista l’ironico ed intelligente film da camera Notte d’estate in città (1990) di Michel Deville.

Negli anni Novanta viene diretta nuovamente da Nadine Trintignant ne Le fuggitive (1995) e da Alain Corneau ne Le cousin (1998) e Il principe del Pacifico (2000).

Nel 2001 recita in Una lunga, lunga, lunga notte d’amore di Luciano Emmer.

Fra gli altri film ricordiamo La terrazza (1980) di Ettore Scola, la miniserie tv Les joupons de la révolution: Marat (1989) di Maroun Bagdadi, Le ali del successo (1990) di Otakar Votocek, Betty (1992) di Claude Chabrol, Gli angeli di Elvis (1996) di Bernie Bonvoisin, Ponette (1996) di Jacques Doillon, Marinari perduti (2003) di Claire Devers, Janice & John (2003) di Samuel Benchetrit.     

Marie Trintignant muore nell’agosto 2003 all’età di soli quarantuno anni a cause della violenza delle percosse del compagno (il cantante Bertrand Cantat, all’epoca leader del gruppo rock francese Noir Desir) in una camera d’albergo a Vilnius - in Lituania -, dove si trovava per le riprese di un telefilm sulla vita della scrittrice francese Colette.