Ganadora del Oscar a la Mejor Actriz de Reparto por Vicky Cristina Barcelona (2008), ha sido nominada en otras dos ocasiones por Nine y Volver, en este último caso como principal. Comenzó su carrera protagonizando el videoclip de Mecano, La fuerza del destino (1989) y posteriormente estuvo en el programa de Tele 5, La quinta marcha. Hizo su debut en el cine con El laberinto griego (1990), pero su eclosión vino de la mano de Bigas Luna en Jamón, jamón (1992). Después de trabajar con los mejores directores de España y en títulos míticos de nuestro cine como Belle Époque y la Niña de tus ojos, dio el salto a Hollywood en el 2000 con All the Pretty Horses. Siguió trabajndo con los mejores actores como Nicolas Cage, Tom Cruise o Johnny Depp. Capítulo aparte merece su colaboración con Pedro Almodóvar (ella dice que quiso ser actriz tras ver Átame), con el que ha trabajado en Carne trémula, Todo sobre mi madre, Volver, Los abrazos rotos y Los amantes pasajeros. Ha tienido romances con Nacho Cano, Tom Cruise y Matthew McConaughey. En julio de 2010 se casó con Javier Bardem y tienen dos hijos: Leo, que nació el 22 de enero de 2011 en Los Ángeles, y Luna, nacida el 22 de julio de 2013 en Madrid.