Nata a Parigi nel 1932, Nicole Françoise Florence Dreyfus, meglio nota con il nome d’arte di Anouk Aimée, Esordisce al cinema alla fine degli anni Quaranta. Dopo una prima fase in cui interpreta ruoli secondari in film quali Gli amanti di Verona (1949) di André Cayatte, Illusione (1952) di Harold French, La tenda scarlatta (1953) e Les mauvaises rencontres di Alexandre Astruc, Dragatori di donne (1959) di Jean Pierre Mocky, e  Il viaggio (1959) di Anatole Litvak, in cui lavora con Yul Brynner e Deborah Kerr, si afferma definitivamente in Italia ne La dolce vita (1960) di Federico Fellini e  8½ (1963), anch’esso diretto dal grande regista romagnolo, e in Francia in Lola - Donna di vita (1961) di Jaques Demy.

La consacrazione internazionale arriverà nel’66 con Un homme et une femme (Un uomo, una donna) di Claude Lelouch, in cui lavora con Jean-Louis Trintignant. Il film avrà un enorme successo sia di pubblico sia di critica.

Seguono L'amante perduta (1968) di Jacques Demy, Una sera, un treno (1968), Rapporto a quattro (1969) di George Cukor, La virtu sdraiata (1969) di Sidney Lumet, tratto dall’omonimo libro di Antonio Leonviola e in cui lavora con Omar Sharif.

Nuovamente diretta da Claude Lelouch in Chissà se lo farei ancora (1977), torna in Italia dopo oltre quindici anni di assenza per lavorare con Bernardo Bertolucci ne La tragedia di un uomo ridicolo (1981). Nell’80 aveva vinto vince il Prix d'Interprétation Féminine al Festival di Cannes per Salto nel vuoto di Marco Bellocchio. Nell’86 lavora nuovamente con Claude Lelouch regista e Jean-Louis Trintignant partner in Un uomo, una donna oggi, un seguito - realizzato vent’anni dopo - del già citato Un homme et une femme.

Nel ‘94 interpreta il ruolo di una stilista nel celebre Prêt-à-Porter di Robert Altman.

Nel 2002 ottiene un Premio César onorario e l’anno seguente viene premiata con l'Orso d'Oro alla carriera al Festival del Cinema di Berlino.

Molto attiva - soprattutto a teatro - anche in età avanzata, fra i suoi ultimi film ricordiamo Celle que j’aime (2009) e Touts les soleils (2011).