Annie Girardot suit des études d'infirmière à Caen.
Mais, rapidement, elle se consacre à sa passion, la Comédie. Élève au conservatoire de la rue Blanche (École nationale supérieure des arts et techniques du théâtre) dès 1949, Annie Girardot fait, parallèlement, des apparitions, le soir, dans des cabarets (La Rose Rouge, à Montmartre, sous le nom d'Annie Girard, ou au Lapin agile...) et participe à des revues telles Dugudu avec la troupe de Robert Dhéry.
En juillet 1954, elle sort du Conservatoire national supérieur d'art dramatique avec deux prix et est engagée peu après à la Comédie-Française. Son interprétation de La Machine à écrire, en 1956, aux côtés de Robert Hirsch, est particulièrement remarquée par Jean Cocteau qui voit en elle « le plus beau tempérament dramatique de l'après-guerre ».
Ses premières apparitions au cinéma sont moins éclatantes, dans des films sans ambitions, mais elle tient remarquablement tête à Jean Gabin dans deux bonnes séries noires : Le rouge est mis et Maigret tend un piège.
Elle démissionne finalement de la Comédie Française à contrecoeur pour se consacrer entièrement au cinéma. Mais, sur les planches, elle sera encore dirigée par Luchino Visconti pour Deux sur la balançoire aux côtés de Jean Marais.
Elle connaît un triomphe, en 1974, avec Madame Marguerite, qui devint son rôle fétiche et préféré, qu'elle reprend régulièrement jusqu'en 2002.
Au cinéma, elle est l'actrice française la plus populaire des années 1970, alternant comédies et mélodrames, n'hésitant pas, à l'occasion, à aider de jeunes cinéastes à tourner leur premier film. Grâce à elle, et à Philippe Noiret, surgit l'une des comédies les plus insolites et les plus réussies de cette époque, La Vieille Fille, en 1971, signée Jean-Pierre Blanc.
De Vivre pour vivre en 1967 à On a volé la cuisse de Jupiter en 1980, Annie Girardot a réussi grâce à sa remarquable interprétation de « femme normale et populaire » à imposer vingt films millionnaires au box-office. D'ailleurs, à cette époque, à chaque sortie d'un nouveau film, on allait voir « la Girardot » au cinéma.
Elle reçoit d'ailleurs en 1977, le César de la meilleure actrice pour Docteur Françoise Gailland. Mais, ayant tourné avec les grands anciens dans les années 1960 (Marcel Carné, Jean Delannoy, Gilles Grangier...), les cinéastes les plus novateurs ne s'intéressent guère à elle. François Truffaut lui écrit même une lettre désavouant la façon, très démagogique, dit-il, avec laquelle André Cayatte a traité « l'affaire Gabrielle Russier » dans Mourir d'aimer, l'histoire d'un jeune garçon amoureux de son professeur Gabrielle Russier qui sera accusée de détournement de mineur avant de se donner la mort. Ce rôle resta cependant comme l'un des plus marquants de la comédienne, lui assurant même une reconnaissance internationale (Ce thème sera aussi abordé par Charles Aznavour dans la chanson Mourir d'aimer).
Sa gouaille fut souvent au service de films mettant en avant les femmes et le féminisme, et elle incarne, naïvement, cette cause en interprétant une série de rôles qui jouent sur le décalage de personnages assumant des métiers d'ordinaire réservés aux hommes : médecin, chauffeur de taxi, reporter-photographe, commissaire de police...
Chargé d'écrire les paroles des chansons d'Annie lorsque cette dernière désira enregistrer un disque, Bob Decout est finalement devenu l'homme de cette dernière. Dix-sept ans les séparent. En 1981, sa relation avec Bob Decout l'entraîne vers un univers différent. Lors d'une émission de Jacques Chancel, elle se met à chanter. L'émission est très moyennement appréciée. Ensuite elle monte avec Bob Decout deux spectacles musicaux Le Jour de la tortue ou Revue et corrigée conçus et mis en scène par Bob Decout sur des musiques de Catherine Lara et des costumes de Jean-Paul Gautier au Casino de Paris. Les spectacles, considérés par les producteurs comme étant bancals, ne trouvent pas de financement. Annie Girardot pour le produire va jusqu'à hypothéquer son appartement de la place des Vosges. Le spectacle est un fiasco et ne reste qu'un mois à l'affiche. Elle perd beaucoup d'argent et doit vendre son appartement. Elle enchaîne avec une pièce de théâtre et un film qui ne fonctionnent pas. Dans Paris, une rumeur affirme qu'elle se drogue. Vers 1985, la profession lui tourne le dos...
Après une traversée du désert de plusieurs années, l'obtention en 1996 du César de la meilleure actrice dans un second rôle pour Les Misérables de Claude Lelouch lui permet de retrouver sa place parmi les acteurs de cinéma, de théâtre mais aussi de télévision. En 2002, elle gagne le même César pour son interprétation de mère étouffante dans La Pianiste de Michael Haneke.
Le 20 septembre 2006, on apprend par son avocat Me Emmanuel Asmar, chargé de ses intérêts, qu'elle est atteinte de la maladie d'Alzheimer, ce que confirme l'édition du 21 septembre de l'hebdomadaire Paris Match, dans lequel la petite-fille de l'actrice et sa fille, Giulia Salvatori, révèlent sa maladie.
Elle publie en 2007, avec le journaliste Jean-Michel Caradec'h, une biographie intitulée La Mémoire de ma mère (Éd. Michel Lafon), où elle consigne les souvenirs de sa mère. Dans le film "Je préfère qu'on reste amis...", elle interprète une femme atteinte de la maladie d'Alzheimer.
De 2008 à sa mort, elle vit dans une maison médicalisée de Paris.
Le 21 septembre 2008, TF1 diffuse Annie Girardot, Ainsi va la vie, un film documentaire de Nicolas Baulieu filmant huit mois de sa vie avec la voix de Claire Keim. On y découvre sa vision du passé et les effets de la maladie.
En 2010, dans une déclaration médiatique dans le cadre de la journée mondiale contre la maladie d’Alzheimer, sa fille déclare qu'Annie Girardot ne se souvient plus d'avoir été actrice, suite à la maladie dont elle souffre depuis plusieurs années désormais, et déclare : « Si j’ai un message à faire passer, c’est de ne plus essayer de rencontrer Annie Girardot, d’avoir une dernière photo… Si vous avez aimé maman, surtout, il faut lui foutre la paix, garder d’elle une belle image ».
L'actrice est décédée le 28 février 2011 à l'hôpital Lariboisière, à Paris.
Récompenses :
1965 : Coupe Volpi pour la meilleure interprétation féminine au festival de Venise pour Trois chambres à Manhattan
1968 : Meilleure actrice au festival du film de Mar del Plata pour Vivre pour vivre
1975 : Prix du Syndicat de la critique : meilleure comédienne pour Madame Marguerite
1977 : Meilleure actrice étrangère aux David di Donatello pour Cours après moi que je t'attrape
Césars 1977 : César de la meilleure actrice pour Docteur Françoise Gailland
1989 : Meilleure actrice aux 7 d'Or pour Le Vent des moissons
Césars 1996 : César de la meilleure actrice dans un second rôle pour Les Misérables
1998 : Prix "reconnaissance des cinéphiles" décerné à Puget-Théniers 06260 par l'Assocation "Souvenance de cinéphiles" pour l'ensemble de sa carrière.
Césars 2002 : César de la meilleure actrice dans un second rôle pour La Pianiste
Molières 2002 : Molière de la comédienne pour Madame Marguerite
Molières 2002 : Molière d'honneur pour l'ensemble de sa carrière