Attrice. Figlia e nipote d'arte: suo padre è il regista Tonino Cervi, sua madre la produttrice Marina Gefter e suo nonno il celebre attore Gino Cervi. Il debutto nel mondo dello spettacolo avviene con il film TV "Portami la luna"(1986, regia di Carlo Cotti) al fianco di Barbara Blanc, Sabrina Ferilli e Massimo Ghini, mentre quello sul grande schermo la vede nella commedia "Mignon è partita"(1988) di Francesca Archibugi. Nonostante l'opposizione dei genitori, prosegue gli studi di recitazione e ottiene la sua grande occasione quando viene chiamata dalla regista australiana Jane Campion a far parte del cast di "Ritratto di signora"(1996), in cui interpreta il ruolo della giovane Pansy Osmond. Dopo essere apparsa in un episodio del film "Escoriandoli"(1996) di Antonio Rezza e Flavia Mastrella, ottiene il primo convincente ruolo da protagonista impersonando la pittrice seicentesca Artemisia Gentileschi nel film di Agnès Merlet "Artemisia - Passione estrema"(1997). Nel 1999 recita in "La via degli angeli" di Pupi Avati e "Rien sur Robert" di Pascal Bonitzer, per cui ottiene due candidature rispettivamente al Nastro d'argento e al Premio César. Nel 2001 impersona Anna Maria Pierangeli nel film per la televisione statunitense "James Dean - La storia vera" di Mark Rydell, dove recita accanto a James Franco. Nel 2002 è invece protagonista assieme a Violante Placido de "L'anima gemella" di Sergio Rubini, ruolo per cui ottiene numerosi riconoscimenti. Nel 2005 è accanto a Stefano Accorsi in "Provincia meccanica" di Stefano Mordini, per cui ottiene la candidatura al David di Donatello come Migliore attrice protagonista. Lavora frequentemente in Italia e all'estero, sia per il grande che per il piccolo schermo. Tra i ruoli interpretati in televisione: Marja Bolkonskaja nella miniserie "Guerra e pace"(2007), Valentina Bini nella serie "Distretto di polizia"(2011-2012), Salome Agrippa nella serie "True Blood"(2012) e Caterina Sforza-Riaro nella serie "Borgia"(2013).