Filha de um professor de violão e de uma enfermeira, Adele Exarchopoulos teve aulas de atuação desde a infância. A primeira vez que apareceu no cinema é no filme autobiográfico de Jane Birkin, Boxes (2006).

Em 2011, Adèle Exarchopoulos foi uma das 30 aspirantes ao cinema francês selecionadas pela Académie des César. Depois, é a consagração com Azul é a Cor Mais Quente (2013) de Abdel Kechiche. Seu papel, o de uma adolescente que desperta para o amor e a sexualidade graças a outra jovem.

Em 2014, protagonizou o drama Inseguro, de Marianne Tardieu, ao lado de Reda Kateb. No ano seguinte, ela entra para o elenco de Os Anarquistas.

Uma das atrizes mais cobiçadas da França, Adèle Exarchopoulos interpreta uma detenta por quem um diretor de prisão se apaixona em Eperdument. Ela também convive com Sean Penn e Charlize Theron no muito mal recebido Faces de uma Mulher e se envolve em um intenso caso de amor com o ladrão Matthias Schoenaerts em Perseguido pelo Destino. Em 2019, ela apareceu em Sybil na pele de uma atriz em apuros.

Adèle Exarchopoulos participa, em 2020, em dois projetos muito diferentes: Bac Nord, um thriller moderno que se passa nos bairros difíceis de Marselha, e o novo Quentin Dupieux, Mandibules.