Quiso dedicarse a la interpretación después de ver a Isabelle Adjani en "L'histoire d'Adèle H.", debutando en el año 2003 con la película “The Dreamers” (Soñadores), del oscarizado director Bernardo Bertolucci, junto a Michael Pitt y Louis Garrel. La fama del cineasta italiano propició la difusión del largometraje y supuso que la joven pasara de inmediato de ser una desconocida a ocupar un lugar en el mundo del cine, optando a los European Film Awards.
Su segunda cinta, “Arsène Lupin”, fue dirigida por Jean-Paul Salomé y coprotagonizada por Romain Duris y Kristin Scott Thomas. Posteriormente, continuó su carrera profesional alternando diversos trabajos con famosos cineastas e intérpretes. En 2005 participó en la cinta “El reino de los cielos” junto a Orlando Bloom y Liam Neeson, a las órdenes de Ridley Scott. Fue además la elegida Chica Bond Vesper Lynd, el gran amor de 007, en la exitosa “Casino Royale” (2006) , primera incursión de Daniel Craig dando vida al agente secreto de su Majestad británica. Repitió con Craig un año después en “La brújula dorada” de Chris Weitz, en compañía de Nicole Kidman. Sin embargo, tras ese fulgurante comienzo, su trayectoria sufrió un parón traducido en títulos de escasa repercusión, como “Franklyn” (2008) de Gerald McMorrow, “Cracks” (2009) de Jordan Scott o “Womb” (2010) de Benedek Fliegauf.
En la década posterior trabajó en “Perfect Sense" (2011) de David Mackenzie, con Ewan McGregor,, en “Sombras tenebrosas” (2012) de Tim Burton, con Johnny Depp y Michelle Pfeiffer, en “Pájaro blanco de la tormenta de nieve” (2014), de Gregg Araki, con Shailene Woodley, en “300: El origen de un imperio” (2014), de Noam Murro, y en “Sin City: Una dama por la que matar” (2014), de Frank Miller y Robert Rodríguez, con Mickey Rourke, Jessica Alba y Josh Brolin, entre otros.
Ha rodado para la televisión la serie “Penny Dreadful”, resultando nominada al Globo de Oro a la mejor actriz de serie dramática. Tiene pendiente de estreno “El hogar de Miss Peregrine para niños peculiares” (2016), otra vez con Tim Burton y “Euphoria” (ya para el 2017) de Lisa Langseth, junto a Alicia Vikander y Charlotte Rampling.
"Soñadores" (trailer)
"Casino Royale"