Die gebürtige Sophie Danièle Sylvie Maupu spielte im Alter von 14 Jahren der Teenager-Komödie La boum (1980) mit welche sie über Nacht Jugend-Idol in Frankreich und zahlreichen anderen europäischen Ländern machte. Die Fortsetzung La boum 2 (1982) steigerte ihre Bekanntheit weiter. Für Rolle erhielt sie 1983 den französischen Filmpreis César in der Kategorie "Beste Nachwuchsschauspielerin". Mit Jahren spielte Sophie Marceau gemeinsam mit Gérard Depardieu und Catherine Deneuve ihre erste anspruchsvollere Rolle in Fort Saganne (1984). Im gleichen Jahr drehte sie zusammen mit Jean-Paul Belmondo die Komödie Joyeuses Pâques dt. Frohe Ostern .
Ihre schauspielerische Vielseitigkeit stellte sie in Folgejahren vor allem unter der Regie von Andrzej Zulawski in den Filmen L'amour braque (1985) Mes nuits sont plus belles que vos (1989) La note bleue (1991) und La Fidélité (2000) unter Beweis.
Den internationalen Durchbruch errang Marceau mit Rolle als Prinzessin Isabelle in Mel Gibsons Schottenepos Braveheart (1995). Auf diesen Erfolg folgten A Midsummer Night's Dream (1999) und der James Bond Film The World Is Not Enough (1999).
Sophie Marceau schrieb 2001 die semi-autobiographische Erzählung Telling Lies und versuchte sich auch als Regisseurin . Ihr Regiedebut Parlez-moi d'amour wurde auf Filmfestival von Montréal 2002 als beste Regiearbeit ausgezeichnet.