Elle est la fille du réalisateur Dario Argento et de l'actrice Daria Nicolodi.
Issue d'une famille de cinéma, Asia Argento débute sa carrière d'actrice très jeune : elle tourne entre autres plusieurs films sous la direction de son père, dont
Trauma ou
Le Syndrome de Stendhal.
Elle acquiert ainsi une notoriété tout d'abord en Italie, avant que sa carrière prenne un tournant international dans les années 2000 notamment en jouant dans xXx au côté de Vin Diesel et dans Transylvania de Tony Gatlif.
Parallèlement, elle réalise ses propres films : Scarlet Diva en 2000, portrait personnel d'une star déjantée, dont elle a écrit le scénario ; Le livre de Jérémie, en 2004, adaptation d'un roman de JT LeRoy, où elle incarne le rôle d'une mère prostituée au côté de Brian Warner, alias Marilyn Manson.
Récemment, on a pu l'entendre mixer un peu partout dans le monde pour faire partager ses goûts musicaux et apparaître dans un clip de Placebo et de Munk.
En 2009, elle est membre du jury du 62ème festival de Cannes, sous la présidence d'Isabelle Huppert.
Elle réalise un duo avec Paulo Furtado (alias The Legendary Tigerman) sur la chanson Life Ain't Enough for You de l'album Femina sorti en 2009.
Elle a été fiancée à l'acteur américain Michael Pitt puis une deuxième fois avec l'acteur Vincent Gallo. elle a eu une longue romance avec le rappeur Stomy Bugsy Elle s'est mariée avec le metteur en scène italien Michele Civetta à l'hôtel de ville d'Arezzo, en Toscane. Asia a donné naissance à leur premier enfant, le 15 septembre 2008, un petit Nicola Giovanni. Il est le deuxième enfant d'Asia puisqu'elle est déjà maman d'Anna-Lou, née le 20 juin 2001.
Elle vit à Rome.