Après des études de lettres, Noémie Lvovsky suit les cours d'analyse de films de Jean Douchet, rencontre décisive. Elle intègre ensuite La Fémis En 1988, elle écrit et réalise Dis-moi oui, dis-moi non, avec, entre autres, Valéria Bruni-Tedeschi et Emmanuelle Devos. La rencontre avec ces deux actrices est déterminante et marque le début d’une longue série de collaborations. Dis-moi oui, dis-moi non obtient le Grand Prix au Festival européen du film court de Brest ainsi que le prix du jury au Filmschoolfest Munich (en) et est sélectionné à Cannes dans la Section parallèle. En 1990, elle est diplômée de La Fémis, département
Actrice, scénariste et réalisatrice française, Noémie Lvovsky a signé son premier film, Oublie-moi, en 1994, sélectionné à Berlin. En 1999, La Vie ne me fait pas peur a remporté notamment le Pardo d’argento à Locarno ainsi que le Prix Jean Vigo. Elle a signé ensuite Les Sentiments (2003), Prix Louis-Delluc, Faut que ça danse ! (2007) et Camille redouble (2012), qui lui a valu le Prix SACD à Cannes et le Variety Piazza Grande Award à Locarno ainsi que plusieurs nominations aux Césars.
Elle écrit pour Valeria Bruni-Tedeschi le scénario d'Un Château en Italie en 2013 mais ne rejoue pas pour la réalisatrice comme elle l'avait fait en 2007 pour Actrices. C'est dans des comédies qu'elle apparaît par la suite, notamment dans Adieu Berthe de Bruno Podalydès et Chez nous c'est trois, de Claude Duty où elle tient le premier rôle. Elle retrouve par la suite le réalisateur Riad Sattouf pour Jacky au royaume des filles. Egalement au casting de Week-ends et Tristesse club cette année-là, elle fait par ailleurs partie du jury de la section Cinéfondation et courts métrages pour le festival de Cannes 2014 .
Avec la comédie Tiens-toi droite, Noémie Lvovsky donne la réplique à Laura Smet et Marina Foïs. Après avoir joué des personnages secondaires dans Les Jours venus, Comme un avion et La Belle Saison, l'actrice campe le rôle-titre de Rosalie Blum, l'adaptation de la bande-dessinée du même nom créée par Camille Jourdy. Elle poursuit avec l'original chronique familiale Demain et tous les autres jours, qu'elle écrit et réalise, et prend part à l'ambitieux film historique Un peuple et son roi de Pierre Schoeller. En 2018, elle retrouve la comédienne et réalisatrice Valeria Bruni Tedeschi pour Les Estivants, s'inspirant de la propre histoire de cette dernière.
Aimant jouer dans des comédies sociales, comme sa prestation dans Les Invisibles en témoigne, Noémie Lvovsky entame l'année 2020 avec la comédie féministe La Bonne épouse et le drame sur la prostitution Filles de joie, qui sortent à une semaine d'intervalle.
