Elle commence sa carrière d'actrice de cinéma en 1966 à l'âge de quatre ans avec Mon amour, mon amour de Nadine Trintignant au côté de son père
Jean-Louis Trintignant, avant d'enchaîner dans d'autres films de sa mère.
En 1979, alors qu'elle a 17 ans, sa carrière d'actrice commence véritablement avec Série noire (1979) d'
Alain Corneau (dont le scénario est tiré d'un livre de Jim Thompson - A Hell of a woman - et les dialogues sont de l'écrivain oulipien
Georges Perec) qui entre dans les annales du film noir grâce à l'ambiance sombre et désespérée qui en émane.
C'est dans les années 1980 qu'elle prend toute sa dimension grâce à
Claude Chabrol. Son timbre de voix grave et son regard profond sont mis en valeur dans
Une affaire de femmes - film dans lequel elle incarne une
prostituée, amie du personnage principal incarné par
Isabelle Huppert - et dans Betty, dans lequel elle tient le premier rôle, un personnage d'alcoolique en rupture avec sa famille bourgeoise et qui provoque le désordre dans le couple qui la recueille.
Dans les années 1990, elle a le premier rôle dans Une nuit d'été en ville de
Michel Deville. Elle se met à la comédie avec des films comme Cible émouvante ou encore ...Comme elle respire, deux films de
Pierre Salvadori où elle donne la réplique à
Guillaume Depardieu.
En 2000, sous la direction de sa mère Nadine Trintignant, elle joue le rôle d'une militante du droit à l'avortement dans le téléfilm Victoire ou la douleur des femmes.
La diversité de ses rôles en fait une actrice énigmatique difficile à classer dans un registre précis.
Elle a été nommée cinq fois aux Césars :
- en 1989 pour Une affaire de femmes (meilleur second rôle féminin).
- en 1994 pour Les Marmottes (meilleur second rôle féminin),
- en 1997 pour Le Cri de la soie (meilleure actrice),
- en 1998 pour Le Cousin (meilleur second rôle féminin),
- en 1999 pour Comme elle respire (meilleure actrice),
En 2000 elle est membre du jury au Festival du cinéma américain de Deauville.
Marie Trintignant a donné naissance à quatre garçons, de quatre pères différents :
- Roman, avec le batteur du groupe Téléphone Richard Kolinka
- Paul avec l'acteur François Cluzet
- Léon avec Mathias Othenin-Girard
- Jules avec le réalisateur metteur en scène Samuel Benchetrit.
Rapatriée en France le 31 juillet 2003 en état de mort cérébrale, à la suite d'un oedème cérébral suivi d'un coma profond provoqué par le(s) coup(s) porté(s) par son amant Bertrand Cantat au cours d'une dispute, dans la nuit du 26 au 27 juillet 2003 au sujet d'un message adressé par son mari
Samuel Benchetrit (alors qu'elle tournait le téléfilm Colette, une femme libre à Vilnius en Lituanie). Une opération de la dernière chance est tentée par le neurochirurgien Stéphane Delajoux, elle meurt le lendemain, 1er août 2003, à Neuilly-sur-Seine. Bertrand Cantat et Marie Trintignant avaient eu une relation durant 18 mois. Les secours ne furent prévenus que sept heures après les faits, alors que l'actrice était entourée de son frère et de Bertrand Cantat. Plongée dans un coma profond, elle n'en est jamais sortie. Marie Trintignant a été inhumée au cimetière du Père Lachaise (45e division) le 6 août 2003, en présence d'une assistance vêtue de clair comme l'avait demandé la famille, ont rapporté les journaux. Son cercueil a alors été recouvert de tournesols, sa fleur favorite. Le matin, un hommage avait réuni des proches au Théâtre Édouard VII pour des lectures de textes et chansons joués ou appréciés par Marie.