Jeune, c'est par la musique qu'Alice Taglioni débute sa formation artistique. Après avoir étudié au Conservatoire national de Musique de Paris, elle se destine à une carrière de pianiste. Se trouvant trop "coincée", elle décide alors de prendre des cours de comédie. Douée et passionnée, elle s'intéresse de plus en plus au théâtre et au cinéma. C'est en intégrant La Bande du drugstore (2001) sous la direction de François Armanet qu’elle fait ses premiers pas sur grand écran.

Elle enchaîne alors les longs métrages dans des registres divers : le fantastique (Brocéliande, 2002), le thriller (Le Pharmacien de garde, id.) et le drame (Grande école, tournage durant lequel elle rencontre son futur compagnon, Jocelyn Quivrin). Mais c'est aux côtés de Clovis Cornillac qu'elle connaît ses premiers succès : les comédies Mensonges et trahisons et plus si affinités... (2003), Le Cactus (2005) et la grosse production Les Chevaliers du ciel (id.).

Se consacrant également au théâtre - on a pu l'apprécier dans la pièce Devinez qui ? fin 2004 au Théâtre du Palais-Royal -, elle fait tourner la tête de Daniel Auteuil, Gad Elmaleh et Dany Boon dans La Doublure (2006) de Francis Veber. Son physique de mannequin et ses talents d'actrice ne passent plus inaperçus et lui permettent d'embarquer l'année suivante pour L'Île aux trésors. Egalement à l'affiche de la comédie romantique Détrompez-vous (2007), Alice Taglioni se fait femme de loi dans Notre univers impitoyable (2008) où elle retrouve Jocelyn Quivrin avant de plonger dans le milieu de l'arnaque avec Ca$h (id.) et Sans arme, ni haine, ni violence (id.), la première réalisation de Jean-Paul Rouve sur le gangster Spaggiari.

Après avoir déserté les écrans suite à la disparition de son compagnon, elle fait son grand retour au cinéma en 2011 dans La Proie d’Eric Valette où elle incarne une flic à la poursuite d’Albert Dupontel. L'occasion pour elle de s'illustrer dans un registre plus musclé et physique que d'ordinaire, qu'elle ne retrouvera qu'en 2014 dans Colt 45. Mais c'est la comédie qui semble être son genre de prédilection, aussi bien romantique (Paris Manhattan, Andy), que d'aventure (On a marché sur Bangkok), policière (Des Porto Ricains à Paris) ou chorale (Sous les jupes des filles).

Elle ne délaisse pas pour autant le drame avec Réparer les vivants ou La Dernière Folie de Claire Darling où elle est Catherine Deneuve jeune. À partir de 2015, la comédienne s'aventure également du côté du petit écran : on peut la voir dans L'Annonce sur Arte, Mystère au Louvre dans lequel elle campe un Arsène Lupin au féminin ou encore Jamais sans toi Louna, un téléfilm TF1 tiré d'une histoire vraie.