Dopo il suo primo ruolo a tredici anni nel film di Martine Dugowson, Les Fantômes de Louba, Sara Forestier ottiene il consenso della critica nel 2004 per l’interpretazione di Lydia ne L’esquive [La schivata] di Abdellatif Kechiche, una performance che le vale un César per la migliore attrice rivelazione.

Di seguito lavora per Claude Lelouch, Bertrand Blier, Bruno Chiche, Santiago Amigorena e per Alain Resnais in Les herbes folles [Gli amori folli].

Nel 2010, è la protagonista in Le nom des gens di Michel Leclerc. Per questo ruolo riceve il César per la migliore attrice. Tre anni dopo, ottiene un’altra candidatura per l’interpretazione di Suzanne nel film omonimo di Katell Quillévéré. Contemporaneamente torna a lavorare a teatro per autori come Florian Zeller, Georges Lavaudant e Hans-Peter Cloos. Recita per Jacques Doillon e i fratelli Larrieu.

Nel 2016 per La Tête Haute [A testa alta] di Emmanuelle Bercot è nuovamente nominata ai César.

Nel 2016 è la protagonista di Primaire di Hélène Angel, ed esordisce alla regia di un lungometraggio con M.