Audrey Tautou est née le 9 août 1976 à Beaumont et a reçu son prénom en hommage à l'actrice Audrey Hepburn. Son père, Bernard Tautou, est chirurgien-dentiste, et sa mère, Evelyne Nuret, est institutrice. Après l'obtention de son baccalauréat, ses parents lui ont payé un stage de deux semaines à l'école de théâtre parisienne « Cours Florent ».

Audrey a suivi des études à l'école de musique en classe de piano et de hautbois. Elle parle allemand, italien et se débrouille bien en anglais.

Une fois entrée aux cours de théâtre, Audrey a définitivement décidé de consacrer sa vie au théâtre et au cinéma. Après son installation à Paris, elle a étudié, travaillé comme secrétaire et tourné dans une série télévisée sur la chaîne TF1 consacrée à la détective Julie Lescaut.

Audrey Tautou a joué son premier rôle dans le téléfilm « Cœur de cible » (1996), après quoi elle a interprété plusieurs petits rôles dans des téléfilms et des séries télévisées.