Elle fait ses premiers pas au cinéma en 1957 dans le court métrage Mensonges, suivi en 1959 de son premier long métrage, Les Loups dans la bergerie. Elle est également mannequin pour Christian Dior.
Elle accède au statut de vedette quand, en 1964, Philippe de Broca l'engage pour être la partenaire de Jean-Paul Belmondo dans L'Homme de Rio.
Elle enchaîne aussitôt avec La Peau douce de François Truffaut, Cul-de-sac de Roman Polanski en 1965, et Les Demoiselles de Rochefort, film-culte de Jacques Demy en 1967, où elle partage la vedette avec sa sœur Catherine.
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