Elle débute au cinéma, à 18 ans, dans Les Loups dans la bergerie, film d’Hervé Bromberger, après avoir joué dans Gigi au théâtre Antoine et posé pour quelques magazines de mode. En 1960 elle tourne dans Ce soir ou jamais de Michel Deville avec Anna Karina et Claude Rich et Les portes claquent de Jacques Poitrenaud (elle propose à la production sa propre sœur Catherine pour tenir le rôle de sa sœur dans le film). En 1961, elle joue dans Tout l’or du monde de René Clair et en 1962 elle incarne un personnage fantaisiste, gai et pétillant dans La Gamberge de Norbert Carbonnaux.

Après Arsène Lupin contre Arsène Lupin (1962) elle est aux côtés de Jean-Paul Belmondo dans L’homme de Rio de Philippe de Broca. En 1964, François Truffaut lui offre un rôle à sa mesure dans La peau douce. Suivent La chasse à l’homme (Edouard Molinaro, 1964), Genghis Khan (Henry Levin, 1965), Passeport pour l’oubli (Val Guest, 1965), Cul-de-sac (Polanski, 1966).

En 1967, elle retrouve sa sœur dans Les Demoiselles de Rochefort de Jacques Demy (musique de Michel Legrand) où, bien que doublée dans les parties chantées, elle obtient son plus gros succès. Son dernier tournage, Billion Dollar Brain, a lieu la même année, en Angleterre et en Finlande, avec Michael Caine sous la direction de Ken Russell. Le film sort en octobre 1968, plus d’un an après sa disparition tragique dans un accident de voiture sur une route de la Côte d’Azur le 26 juin 1967.