Seconde fille du réalisateur italien de films d'horreur Dario Argento, Asia Argento débute sa carrière cinématographique alors qu'elle est à peine âgée de 11 ans, dans Démons 2 de Lamberto Bava, et apparaît ensuite dans les films de son père (Trauma, Le Syndrome de Stendhal, Le Fantôme de l'Opéra), tout en multipliant les projets avec d'autres réalisateurs.

Déjà populaire auprès du public italien, sa carrière prend rapidement un tour international. On la retrouve ainsi dans La Reine Margot de Patrice Chéreau en 1994. En 1998, elle tourne sous la direction de Michael Radford dans B. Monkey. Sa prestation aux cotés de Rupert Everett lui ouvre les portes du continent américain.

Après avoir figuré au générique du New Rose Hotel d'Abel Ferrara, elle rejoint ainsi le musculeux Vin Diesel à l'affiche de xXx, sa première superproduction, ce qui ne l'empêche pas de figurer entretemps au générique d'un film français : Les Morsures de l'aube.

Parallèlement, Asia Argento passe à la réalisation. En 2000, elle signe son premier long métrage, Scarlet Diva, (auto)portrait d'une star déjantée dont elle écrit également le scénario. Elle renouvelle l'expérience quatre ans plus tard avec Le Livre de Jérémie, adaptation d'un roman de J.T. Leroy dans lequel elle incarne une jeune mère qui se prostitue sur les aires d'autoroute.

Fidèle à ses choix artistiques exigeants, Asia Argento apparait l'année suivante dans le très beau Last days de Gus Van Sant, avant de rejoindre les zombies affamés de George A. Romero dans Land of the dead, une forme de clin d’œil à ses prestations dans les films d'horreur de son père. Coqueluche des réalisateurs branchés, elle se voit ainsi tout naturellement offrir un rôle dans le Marie-Antoinette de Sofia Coppola, l'un des films les plus ambitieux de 2005.

D'autres projets d'envergure suivent : Asia Argento s'engage ainsi dans Transylvania sous la direction de Tony Gatlif avant de prendre part au très sulfureux film de Catherine Breillat, Une vieille maîtresse. Elle retrouve également Abel Ferrara dans le tout aussi osé Go Go Tales, puis refait un crochet par la France, son pays d'adoption, pour tourner Boarding Gate sous la direction d'Olivier Assayas.

Elle n'en oublie pas pour autant la famille et continue de prendre part aux productions de son père, ce qui lui vaut d'être à l'affiche de Mother of Tears en 2007. Parallèlement, l'actrice fait de nombreux allers et retours entre son pays d'origine et l'Hexagone et diversifie ses apparitions à l'écran, alternant entre les productions italiennes et les films français.

On peut ainsi la voir dans le drame de Bertrand Bonello, De la guerre, aux côtés de Mathieu Amalric, mais aussi en petite amie de Charlotte Gainsbourg dans Do Not Disturb, une comédie signée Yvan Attal. Pour l'occasion, elle prête ses traits à une lesbienne, rôle qui lui permet de renouer avec son image de comédienne sulfureuse et provocatrice, à l'origine de son succès.

L’année suivante, Asia tourne dans le deuxième long métrage de Fanny Ardant, Cadences obstinées, ainsi que dans la saison 5 de Mafiosa où elle tient le rôle récurrent de Charly. En parallèle, elle réalise L’Incomprise (2014), qui s’inspire de son enfance, et pour lequel elle propose un rôle à Charlotte Gainsbourg. Elle se fait ensuite plus rare, que ce soit devant ou derrière la caméra.

On la voit tout de même dans des films comme Alien Crystal Palace d'Arielle Dombasle, Occhiali neri de Dario Argento et Padre Pio d'Abel Ferrara. En 2022, elle joue l'héroïne du film d'espionnage Seule, premier long métrage de Jérôme Dassier. Parallèlement, elle préside la 27ème édition du Festival international du film fantastique de Gérardmer en 2020 et le Festival de Montpellier en 2021.

Figure marquante du mouvement MeToo, Asia Argento accuse en 2017 le producteur Harvey Weinstein d'agression sexuelle. Un an plus tard, elle est elle-même attaquée pour avoir abusé sexuellement du musicien Jimmy Bennett. En 2021, elle accuse Rob Cohen, connu notamment pour avoir mis en scène le premier Fast and Furious, d'abus sexuels survenus en 2002.