Die Rolle der Amélie in Jean-Pierre Jeunets "Die fabelhafte Welt der Amélie" (2001) machte sie über Nacht in Frankreich zum neuen Kinostar: Audrey Tautou. Nach dem Abitur ging Audrey nach Paris, um moderne Literatur zu studieren, und schrieb sich parallel für einen Theaterkurs ein. Nachdem sie dort erste kleinere Erfolge feiern konnte, gab sie das Literaturstudium auf und konzentrierte sich ganz auf die Schauspielerei.
Zunächst spielte sie in französischen Fernsehserien und Kurzfilmen, bis Tonie Marshall ihr 1999 in ihrer Komödie "Schöne Venus" erstmals die Chance bot, in einer größeren Rolle zu brillieren. Darin spielte sie die Mitarbeiterin eines Schönheitssalons und zeigte neben Stars wie Nathalie Baye und Bulle Ogier eine so beachtliche Leistung, dass sie für ihre Interpretation der "Marie" mit dem César als beste Nachwuchsdarstellerin ausgezeichnet wurde.
Doch schon bevor eine breitere Öffentlichkeit durch die Verleihung des begehrten Preises auf die seinerzeit erst 21-jährige Audrey Tautou aufmerksam wurde, stand fest, dass sie die Hauptrolle in "Die fabelhafte Welt der Amélie" spielen würde. Jeunet war durch die Plakate zu "Schöne Venus" auf sie aufmerksam geworden, und bereits nach wenigen Probeaufnahmen mit ihr stand für den Regisseur fest, dass keine andere Schauspielerin seiner Vorstellung von Amélie näher kommen könnte als sie. Das will etwas heißen, wenn man bedenkt, dass er selbst für die kleinste Nebenrolle gelegentlich bis zu 20 Schauspieler vorspielen lässt. So ist es nicht weiter verwunderlich, dass Jeunet die attraktive Darstellerin auch für die Hauptrolle seines gelungenen Dramas "Mathilde - Eine große Liebe" (2004) verpflichtete.
Weitere Filme mit Audrey Tautou: "Bébés boum", "Chaos technique" (beide 1998), "Voyous voyelles", "Liebeslust und Freiheit" (beide 1999), "Épouse-moi", "Unglaublich!", "Le Battement d'ailes du papillon" (alle 2000), "Verlorene Seelen" (2001) mit Bernard Giraudeau und Marie Trintignant, "Wahnsinnig verliebt", "L' auberge espagnole - Barcelona für ein Jahr", "Kleine schmutzige Tricks" (alle 2002), "L' auberge espagnole - Wiedersehen in St. Petersburg" (2005), "Liebe um jeden Preis", "The Da Vinci Code - Sakrileg" (beide 2006), "Zusammen ist man weniger allein" (2007), "Coco Chanel - Der Beginn einer Leidenschaft" (2009), "Bezaubernde Lügen" (2010), "Nathalie küsst" (2011), "Der Schaum der Tage", "Beziehungsweise New York" (beide 2013).