Maiwenn le Besco passe une enfance marquée par la présence d'une mère, l'actrice et journaliste d'origine kabyle Catherine Belkhodja, qui souhaite faire d'elle une star de cinéma. Devenue adulte, la comédienne évoquera ces premières années dans un one woman show, Le Pois chiche, spectacle autobiographique et acide qui remporte un beau succès critique et public. En 1981, elle apparaît pour la première fois à l'écran, à 5 ans, dans L'Année prochaine... Si tout va bien de Jean-Loup Hubert. A 7 ans, elle joue le rôle d'Isabelle Adjani enfant dans L' Eté meurtrier de Jean Becker. Dans Lacenaire, aux côtés de Daniel Auteuil, elle interprète Hermione, un personnage qu'elle partage avec sa jeune soeur débutante, Isild Le Besco.

Le premier grand rôle de Maïwenn est celui de La Gamine, une ado turbulente, face à Johnny Hallyday en 1992. A 15 ans, elle rencontre le réalisateur Luc Besson qui deviendra son petit ami et la fera tourner dans Léon et Le Cinquième élément (1996). Après s'être consacrée à l'écriture du Pois chiche, Maïwenn fait son retour au cinéma en 2003 en incarnant, en compagnie de Cécile de France, l'une des héroïnes du film d'horreur très remarqué Haute tension d'Alexandre Aja. Séduit par sa forte personnalité, Claude Lelouch lui confie un des rôles principaux de sa fresque sur Les Parisiens (et de sa suite, Le Courage d'aimer).

Prolongement de son one woman show mais aussi de son court métrage I'm an actrice (dans lequel elle dirige sa propre fille Shanna Besson en 2004), Pardonnez-moi, premier long métrage réalisé par Maïwenn, sort en 2006. Avec ce portrait de famille décapant aux allures de Festen à la française, l'actrice-réalisatrice brouille malicieusement les pistes entre réalité et fantasme. Dans une veine tout aussi personnelle, elle signe en 2009 son deuxième long métrage, Le Bal des actrices, réflexion drôle et décalée sur les comédiennes et les images qu'elles véhiculent.

En 2011, elle fait sensation avec Polisse, film qu'elle réalise, scénarise et interprète, qui obtient le Prix du Jury à Cannes. A mi-chemin entre le documentaire et la fiction, ce film raconte, d'une manière très réaliste, le quotidien d'une Brigade de Protection des Mineurs dans laquelle on retrouve le rappeur Joey Starr, à ce moment compagnon et acteur fétiche de Maïwenn. Quatre ans plus tard, la cinéaste présente en Compétition à Cannes son quatrième long métrage, Mon Roi, porté par Vincent Cassel et Emmanuelle Bercot (qu'elle retrouve donc après Polisse). On y suit une histoire d'amour tumultueuse entre deux personnages qui s'aiment et se déchirent.

En 2019, la comédienne interprète la fiancée de François-Xavier Demaison dans la comédie All Inclusive. Elle repasse ensuite devant et derrière la caméra pour ADN. Maïwenn y campe Neige, divorcée et mère de trois enfants. Cette dernière rend régulièrement visite à Émir, son grand-père algérien qui vit désormais en maison de retraite. Elle adore et admire ce pilier de la famille, qui l’a élevée et surtout protégée de la toxicité de ses parents. Les rapports entre les nombreux membres de la famille sont compliqués et les rancœurs nombreuses.

En 2023 sort son sixième long métrage, Jeanne du Barry, qui a les honneurs d'être présenté en ouverture du Festival de Cannes. Pour l'occasion, la native des Lilas livre un film en costumes et offre le rôle de Louis XV à Johnny Depp. Face à la star américaine, elle interprète Jeanne Vaubernier, une fille du peuple avide de s’élever socialement.