Philippine Leroy-Beaulieu passe son enfance en Italie. A seize ans, le métier d'actrice la démange et, contre l'avis de ses parents (son père est le comédien Philippe Leroy-Beaulieu), la jeune fille part étudier la comédie à Paris. Après une expérience sur les planches, elle débute sur grand écran en 1983 dans la comédie
Surprise Party de
Roger Vadim.
En 1985, Philippine Leroy-Beaulieu décroche son premier grand rôle (et une nomination au César du meilleur second rôle) en incarnant la mère désemparée de
Trois hommes et un couffin. Le succès public de la comédie de
Coline Serreau profite à la comédienne qui enchaîne, paradoxalement, avec une série de films en costumes tels que Les Possédés (
Andrzej Wajda - 1988), Les Deux Fragonard (
Philippe Le Guay - 1989) ou encore La Révolution française (
Robert Enrico, Richard T. Heffron - 1989).
En 1993, la comédienne effectue un retour réussi à la comédie en incarnant l'épouse enceinte de
Patrick Braoudé dans
Neuf mois. Puis confirme dans le genre avec
La Belle Verte,
Hercule et Sherlock et La Voie est libre, sans pour autant que cela la confine exclusivement à des thèmes légers, comme en témoignent ses prestations dans Jefferson à Paris ou Vatel.
En 2003, Philippine Leroy-Beaulieu reprend son rôle de Sylvia dans 18 ans après, la suite de
Trois hommes et un couffin. Elle est également au générique de Deux frères, film d'aventure de
Jean-Jacques Annaud.