Ludivine Sagnier estudió actuación siendo una niña y debutó en el cine a los diez años en Les maris, les femmes, les amants (1989). Estableció su reputación como una de las estrellas jóvenes más brillantes del cine francés e internacional gracias a sus colaboraciones con el cineasta francés François Ozon, comenzando con Water Drops on Burning Rocks (2000), Swimming Pool: juegos perversos (2003) y 8 women (2002). Por su actuación en esta última, ganó una nominación al Premio Cesar y al Premio Romy Schneider que se otorga cada año a una prometedora joven actriz francesa. También ganó el Premio a la Mejor Actriz del European Film Academy Award y el Silver Bear Award en el Festival Internacional de Cine de Berlín 2002. En los últimos años colaboró en telelvision con Paolo Sorrentino: primero en 2016 con The young Pope y después con la continuación de 2019 The new Pope, ambas protagonizadas por Jude Law.