Isabella Rossellini ist eine der beiden Zwillingsschwestern, die Schauspielerin Ingrid Bergman 1952 aus ihrer Verbindung zu Regisseur Roberto Rossellini zur Welt brachte. Klein-Isabella wächst mit ihrer Schwester Isotta in Frankreich und Italien auf, jobt später als Kostümbildnerin bei ihrem Vater und geht mit 19 nach New York. Dort arbeitet sie für den italienischen Fernsehsender RAI.
1976 nimmt sie aus Spaß ihre erste kleine Filmrolle in Vincente Minnellis "Frage der Zeit" an. Rasch findet sie Gefallen an der neuen Arbeit, spielt in einigen europäischen TV-Dramen, unter anderem in dem Brüder-Taviani-Drama "Die Wiese" (1979) und Renzo Arbores "Tele Vaticano - Das Auge des Papstes" (1980). Der Film ist eine Parodie auf die Comedyserie "L'Altro Domenica", für die sie einst Beiträge verfasst hatte.
1980 schließt die schöne Isabella einen Exklusiv-Vertrag mit dem Kosmetik-Giganten Lancôme ab und ziert bald die Titel zahlreicher Modezeitschriften in aller Welt. Ihre Filmkarriere tritt zunächst in den Hintergrund. Bis sie den Mann kennenlernt, zu dem sie sich hingezogen fühlt und der ihr Ehemann werden soll: Regisseur Martin Scorsese. Isabella kehrt zum Film zurück, aber die Ehe wird nach nur zwei Jahren 1983 geschieden.
Sie findet jedoch schnell Trost, ist bald mit dem litauischen Ballett-Star Mikhail Baryshnikov liiert, mit dem sie auch in "White Nights - Nacht der Entscheidung" (1985) gemeinsam vor der Kamera steht. Doch auch diese Beziehung hält nicht lange, ihr neuer Favorit ist der amerikanische Filmemacher David Lynch. Ihr neuer Partner verhilft ihr bald zum Durchbruch auf der Leinwand, auf der schon ihre Mutter große Erfolge feierte: In "Blue Velvet" (1986) ist die Rossellini als geheimnisumwitterte Sängerin zu sehen, die einen Studenten alias Kyle MacLachlan in einen Teufelskreis der Gewalt zieht.
Nach Zwischenspielen in Norman Mailers Psychotriller "Harte Männer tanzen nicht" (1987) und neben Serienheld Ted Danson ("Cheers") in Joel Schumachers Komödie "Seitensprünge" (1989) folgt ein weiterer Film ihres Lebenspartners Lynch, "Wild at Heart - Die Geschichte von Sailor und Lula" (1990). Von nun an geht es Schlag auf Schlag: Sie spielt mit Anthony Hopkins in dem John-Schlesinger-Thriller "... und der Himmel steht still" (1993), mit Meryl Streep und Goldie Hawn in der Verjüngungskomödie "Der Tod steht ihr gut" (1992) von Robert Zemeckis, in Peter Weirs Drama "Fearless - Jenseits der Angst", in Lawrence Kasdans Western "Wyatt Earp - Leben einer Legende" (1994) mit Kevin Costner, in dem Köstumschinken "Ludwig van B. - Meine unsterbliche Geliebte" mit Gary Oldman.
1997 sah man Isabella Rossellini in dem aufwändig inszenierten Fantasyspektakel "Die Abenteuer des Odysseus" von Andrei Konchalovsky. Die Schauspielerin hat eine Tochter, Electra, aus ihrer zweiten Ehe mit John Wiedeman.
Weitere Filme mit Isabella Rossellini: "Siesta" (1986), "Das Begräbnis", "Big Night - Nacht der Genüsse", "Das Verbrechen des Jahrhunderts" (alle 1996), "Kalmans Geheimnis", "Merlin" (TV-Zweiteiler), "The Impostors" (alle 1998), "Don Quichotte" (2000, TV-Zweiteiler), "Napoleon" (2001, TV-Vierteiler), "Sex für Anfänger" (2002), "The Saddest Music in the World" (2003), "Earthsea - Die Saga von Erdsee" (2004), "Paris, je t'aime" (2006), "Giganten - Beethoven - Genie am Abgrund", "Giganten - Humboldt Ruf der grünen Hölle" (beide 2007), "Zufällig verheiratet" (2008), "Die Einsamkeit der Primzahlen", "Late Bloomers" (beide 2010), "Huhn mit Pflaumen" (2011), "Enemy" (2013), "Joy - Alles außer gewöhnlich" (2015).