Attrice italiana. Piccola, minuta, frequenta l'università a Roma mentre coltiva ambizioni artistiche che la portano a interpretare per la radio il personaggio di Pallina, inventato da F. Fellini. È un colpo di fulmine: si sposano quasi subito dopo essersi conosciuti, nell'ottobre del 1943. A parte una breve apparizione non accreditata in Paisà (1946) di R. Rossellini, debutta nel 1948 in Senza pietà di A. Lattuada, dove offre subito una intensa interpretazione che le vale un Nastro d'argento, cui nel 1950 segue il coraggioso, ma sfortunato, Persiane chiuse di L. Comencini, ambientato nel mondo della prostituzione. Sempre nel 1950 è fra gli interpreti di Luci del varietà, codiretto da Lattuada e dal marito F. Fellini, che ritaglia per lei il piccolo personaggio di Cabiria, prostituta di buon cuore, nel suo Lo sceicco bianco (1952). Nello stesso anno è nel cast di Europa '51 di Rossellini e appare poi in altri film di minore importanza (fra cui Donne proibite, 1953, di G. Amato), finché, nel 1954, in La strada di Fellini, offre una magistrale interpretazione del personaggio di Gelsomina, piccola fanciulla, mentalmente un po' ritardata, che viene venduta dalla madre come schiava tuttofare al rozzo Zampanò (A. Quinn), forzuto animatore di strada. Il suo viso angelico e triste e i suoi modi umili e dimessi che ispirano compassione avranno ragione della corazza animalesca dell'animo di Zampanò solo dopo la sua morte, ma conquistano immediatamente le platee internazionali che le tributano un trionfo. Dopo alcuni personaggi minori (fra cui l'irrisolta Iris di Il bidone, 1955, di Fellini), nel 1957 fornisce la sua più convincente prova in Le notti di Cabiria, ripresa ideale del personaggio abbozzato in Lo sceicco bianco. La sua splendida interpretazione della volitiva piccola prostituta dall'ottimismo irrefrenabile che aspira al matrimonio borghese, capace di riprendersi dopo ogni maltrattamento del destino e degli uomini, le vale il premio per la migliore interpretazione a Cannes, mentre il film (come già in precedenza La strada) vince l'Oscar. Nel 1958 interpreta Fortunella di E. De Filippo su sceneggiatura del marito, e si confronta con la grande A. Magnani in Nella città l'inferno di R. Castellani, ma poi – forse perché troppo identificata con i personaggi femminili felliniani prima maniera – non trova parti di rilievo finché il marito non costruisce su di lei Giulietta degli spiriti (1965), film onirico e d'introspezione psicologica sui guasti spirituali che può causare una educazione cattolica troppo bigotta. In seguito dirada e centellina gli impegni: è Eleonora nell'omonimo sceneggiato televisivo (1972) dell'amico di famiglia T. Pinelli, e Camilla (1976) nel film di S. Bolchi, la signora dell'inverno nel fiabesco Frau Holle (1985) di J. Jakubisko e, infine, una sorta di sé stessa molti anni dopo nel nostalgico-semidisperato-antitelevisivo Ginger e Fred (1986) di Fellini. Conclude la carriera con Un giorno forse (1991) di J.-L. Bertuccelli e poi, pur ammalata di cancro, si dedica alla salute sempre più malandata del marito. Quando Fellini muore, lei, come a testimoniare il forte legame che li univa, lo segue dopo meno di cinque mesi.
