Nata a Saint-Maur-des-Fossés, trascorre l'infanzia a Villiers-sur-Marne. Comincia fin da piccola a coltivare la passione per il canto e a soli 11 anni registra il singolo La magie des surprises parties.[1]
Nel 1987 ottiene il successo con Joe le taxi, che diventa una vera hit internazionale. Nell'agosto 1988 pubblica il suo primo album M&J, dove collaborano Étienne Roda-Gil (testi) e Franck Langolff (musica).
Nel 1991 diventa testimonial di Chanel e diventa famosa in tutto il mondo come volto-simbolo del profumo Coco. Nel 1992 collabora con Lenny Kravitz (all'epoca anche suo fidanzato) e canta per la prima volta un album interamente in lingua inglese nell'eponimo album Vanessa Paradis, uscito nel settembre '92 e registrato nel New Jersey. Da questo periodo porta avanti in maniera parallela la carriera di cantante e quella di attrice. A livello internazionale, tuttavia, ottiene più successo nel campo del cinema. Nel 1994 interpreta Elisa nell'omonimo film diretto da Jean Becker, in cui recita al fianco di Gérard Depardieu. Pubblica il suo primo album dal vivo nel febbraio 1994.
Nel 1999 riscuote successo di pubblico e critica grazie al film La ragazza sul ponte, diretto da Patrice Leconte. Per l'interpretazione ottiene una candidatura ai Premi César come miglior attrice.[4] Negli anni novanta recita accanto ad altri grandi nomi del cinema francese quali Jean-Paul Belmondo, Alain Delon e Jean Reno. Nell'ottobre 2000 pubblica un nuovo album discografico, Bliss, in cui si cimenta per la prima volta come cantautrice. Bliss è seguito dal secondo album dal vivo, intitolato Au Zénith (novembre 2001). A questo disco live partecipa Steve Nieve, già collaboratore di Elvis Costello.
Nell'agosto 2007 esce Divinidylle. Questo album, che la vede collaborare con Franck Monnet, Alain Chamfort e Matthieu Chedid, le permette di vincere un Victoires de la musique nelle categorie "album di musica alternativa dell'anno" e "artista femminile dell'anno". Sempre nel 2007 è stata nominata cavaliere dell'Ordre des Arts et des Lettres.[5] Nel 2010 pubblicizza il rossetto Rouge Coco di Chanel, nel cui spot canta e fischietta What a Day for a Daydream.
Sua sorella Alysson Paradis, nata nel 1984, è un'attrice. Nel giugno 1998 inizia una relazione con l'attore statunitense Johnny Depp, da cui ha due figli: Lily-Rose Melody, nata il 27 maggio 1999, e Jack John Christopher III, nato il 9 aprile 2002.[6] Nel giugno 2012, dopo 14 anni, la coppia si separa ufficialmente.[7] Il 30 giugno 2018 ha sposato il regista Samuel Benchetrit.[8]