Ludivine Sagnier voit le jour le 3 juillet 1979 à La Celle-Saint-Cloud en banlieue parisienne.
Elle a très tôt la vocation de devenir actrice et à l'âge de 9 ans, elle décroche son premier rôle dans Les Maris, Les femmes, Les amants, de Pascal Thomas. Durant 8 ans, elle prend des cours de théâtre à Sèvres avant d'entrer au Conservatoire National d'Art dramatique de Versailles à 15 ans, où elle remporte le premier prix aux concours classique et moderne. Elle devient l'une des actrices fétiches de plusieurs réalisateurs, en particulier François Ozon qui la dirige dans Gouttes d'eau sur pierres brûlantes (2000), 8 femmes (2002) et Swimming Pool (2003). Elle est également sollicitée par Alain Resnais et Yvan Attal qui la fait jouer dans Ma femme est une actrice en 2001 mais aussi Olivier Assayas qui lui offre un rôle dans Paris, je t'aime, en 2006.
Sur le tournage de Une aventure en 2005, elle fait la rencontre de Nicolas Duvauchelle avec lequel elle a une liaison. Ils ont ensemble une fille prénommée Bonnie mais sont aujourd'hui séparés.
En 2007, elle est à l'affiche de Les Chansons d'amour de Christophe Honoré ainsi que du film de Claude Chabrol, La fille coupée en deux.
Voir un extrait de Paris, je t'aime:
Pas bêtes du tout !
Tenue de soirée
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Kyle XY
