Изабель Аджани родилась 27 июня 1955 года в смешанном браке: её отец - гражданин Алжира, а мать - немка. При этом она выросла во Франции, в пригороде Парижа. Играть в любительском театре Изабель начала ещё в школе.
Кинематографический дебют Аджани состоялся в 1969 году в фильме Le petit bougnat, когда ей было 14 лет. Позже она продолжала играть в театре, в том числе в пьесах Мольера, и снималась в телесериалах компании Comedie-Francaise. После успеха фильма La gilfe, который получил признание публики и критиков, Изабель Аджани смогла с уверенностью уйти из Comedie-Francaise, чтобы начать карьеру киноактрисы. В 1971 году, она снялась в фильме Нины Компане "Фаустина и прекрасное лето". Вскоре после выхода фильма на экраны последовало предложение о работе в ведущем французском театре "Комеди Франсез". После нескольких успешных работ в театре Изабель снялась у Франсуа Трюффо в фильме "История Адель Г." (1975). В нем двадцатилетняя Аджани весьма убедительно изобразила неврастеничку-дочку Виктора Гюго. За эту роль актриса получила свою первую номинацию на "Оскара".
В 1976 году Аджани снимается сразу в нескольких фильмах, в том числе у Романа Поланского в "Жильце", а также в "Виолетте и Франсуа" Жака Руффио. Осенью 1977 года Аджани, к тому времени уже одна из самых известных и многообещающих актрис Франции, предприняла первую попытку завоевать Голливуд. Она снялась в фильме"Водитель", режиссера Уолтера Хилла.
Вернувшись в Европу, Аджани приняла участие в очередной экранизации романа Брэма Стокера "Дракула". В фильме "Носферату: призрак ночи" (1979) немца Вернера Херцога она была Люси Харкер, объектом вожделения ужасного вампира (Клаус Кински). Аджани увлеклась готической литературой и в том же году сыграла английскую писательницу Эмили Бронте в "Сестрах Бронте".
В 1981 году после небольшого перерыва Аджани вернулась на большой экран сразу с четырьмя фильмами, за роли в двух из которых ("Квартет", реж. Зулавски и "Имение", реж. Дж. Айвори) она получила приз 34-го Каннского фестиваля как лучшая актриса. Ощественное мнение ставит ее в один ряд с величайшими французскими актрисами XX столетия - Жанной Моро и Катрин Денев.
В 1983 году Аджани снялась в "Гибельном лете", в триллере режиссера Жана Беккера по роману Себастьена Жапризо (приз "Сезар" за лучшее исполнение женской роли) и в дебютном фильме Люка Бессона "Подземка" (1985), где ее напарником был Кристофер Ламберт.
В 1988 году актриса согласилась продюсировать очередной фильм мужа, режиссера Бруно Нуйтена, "Камиллу Клодель". До сих пор самой впечатляющей работой актрисы остается роль гениальной художницы, которую довели до психиатрической лечебницы отношения с известным скульптором Огюстом Роденом (Жерар Депардье), ее наставником и любовником. Фильм "Камилла Клодель", художником-постановщиком которого, кстати, была сама Изабель, получил "Серебряного медведя" на Берлинском кинофестивале, три национальные награды "Сезар" (в том числе и за лучшее исполнение женской роли), был номинирован на "Оскара". Как нередко случается, успех фильма стал помехой семейному счастью, и в 1990 году Изабель разошлась с Бруно.
В 1993 году на съемках интеллектуальной комедии "Ядовитая афера" Аджани познакомилась с британским актером Даниелем Дей Льюисом и вскоре переехала к нему в Лондон. В 1994 году Аджани участвует в грандиозной и мрачной экранизации романа Александра Дюма "Королева Марго", которую предпринял один из ведущих театральных режиссеров Европы Патрис Шеро. Дорогой и чрезвычайно успешный в прокате, фильм получил пять национальных французских наград "Сезар" (для Аджани - очередной "Сезар" за роль Маргариты Валуа) и был номинирован на приз Американской киноакадемии за лучшие костюмы. Еще во время съемок Изабель узнала, что беременна от Дэй Льюиса. Эта новость так потрясла будущего отца, что он моментально исчез из жизни Аджани, не забыв оповестить ее по факсу о полном разрыве всех отношений.
В 1996 году Аджани вместе с Шэрон Стоун, Аджани снялась в голливудском римейке фильма Анри Клузо "Дьявольщина".
В 1997 году актриса возглавляла жюри юбилейного 50-го Каннского кинофестиваля.В 1999 году на экраны вышел фильм "Страстно", где Аджани сыграла вместе с Жераром Депардье и канадской певицей Селин Дион.