Elle commence des études de Lettres à la Sorbonne, puis s'oriente vers le théâtre en s'inscrivant au cours Florent à Paris.
Philippine Leroy-Beaulieu dévoile son talent et sa beauté dans une comédie érotique, Surprise party (Roger Vadim, 1982). Après un passage au théâtre dans L'Avare, où elle est dirigée par Roger Planchon, elle obtient un rôle aussi bref qu'important dans Trois hommes et un couffin (Coline Serreau, 1985), puisqu'elle est la mère du bébé qui sème la zizanie chez trois célibataires. Ce triomphe populaire lui permet de poursuivre une carrière active, avec plusieurs rôles en costumes qui collent à son image de femme racée et un brin bourgeoise. Elle est tour à tour une tragédienne (Dandin, Roger Planchon, 1987), une héroïne de Dostoïevski (Les Possédés, Andrzej Wajda, 1987), l'égérie d'un peintre célèbre (Les Deux Fragonard, Philippe Le Guay, 1988) ou Charlotte Corday (La Révolution française, Richard T. Heffron, 1989). Son personnage de jeune femme droguée dans Camomille (Mehdi Charef, 1987), ou ses interprétations pétillantes dans plusieurs comédies contemporaines (Neuf mois, Patrick Braoudé, 1993 ; La Voie est libre, Stéphane Clavier, 1997) dévoilent toutes les facettes de cette actrice intelligente et perfectionniste. En 2001 elle reprend le rôle de Sylvia dans Dix-huit après, la suite de Trois hommes et un couffin.
Philippine Leroy-Beaulieu travaille régulièrement pour la télévision L'Amour en Héritage (1984), La Maison piège (1985), La vérité est un vilain défaut (1995), au théâtre elle a joué notamment dansL'Avare mis en scène par Roger Planchon.
Courts métrages 1983 | Eden | Robert Réa |
| 1984 | Cabine (La) | Patrick Rufo |
| 1995 | Soigneurs dehors ! | Pascal Deux |
| 1996 | Je n'en ferai pas un drame | Dodine Herry |
Longs métrages| 1982 | Surprise party | Roger Vadim |
| 1982 | Surprise party | Roger Vadim |
| 1985 | Trois hommes et un couffin | Coline Serreau |
| 1986 | Aria : Les Boréades | Robert Altman |
| 1987 | Camomille | Mehdi Charef |
| 1987 | Dandin | Roger Planchon |
| 1987 | Flag | Jacques Santi |
| 1987 | Natalia | Bernard Cohn |
| 1987 | Possédés (Les) | Andrzej Wajda |
| 1988 | Deux Fragonard (Les) | Philippe Le Guay |
| 1989 | Révolution Française : Les années lumière (La) | Robert Enrico |
| 1989 | Révolution Française : Les années terribles (La) | Richard T. Heffron |
| 1991 | Clés du paradis (Les) | Philippe de Broca |
| 1991 | Kiedy rozum spi Coupable d'innocence ou quand la raison dort | Marcin Ziebinski |
| 1991 | Petits travaux tranquilles | Stéphanie de Mareuil |
| 1992 | Un'anima divisa in due | Silvio Soldini |
| 1993 | Neuf mois | Patrick Braoudé |
| 1994 | Année Juliette (L') | Philippe Le Guay |
| 1994 | Jefferson in Paris Jefferson à Paris | James Ivory |
| 1994 | Nez au vent (Le) | Dominique Guerrier |
| 1994 | Un eroe borghese Un héros ordinaire | Michele Placido |
| 1995 | Belle verte (La) | Coline Serreau |
| 1995 | Hercule et Sherlock | Jeannot Szwarc |
| 1997 | TGV | Moussa Touré |
| 1997 | Voie est libre (La) | Stéphane Clavier |
| 1999 | Vatel | Roland Joffé |
| 2001 | Dix-huit ans après | Coline Serreau |
| 2003 | Deux frères | Jean-Jacques Annaud |
| 2003 | Trois couples en quête d'orage | Jacques Otmezguine |
| 2008 | Tres dies amb la família | Mar Coll |
| 2013 | Trois frères, le retour (Les) | Bernard Campan, Didier Bourdon, Pascal Légitimus |
| 2015 | Eternité | Anh Hung Tran |
| 2015 | Père fils thérapie ! | Émile Gaudreault |
| 2018 | Papi-sitter | Philippe Guillard |
| 2019 | De Gaulle | Gabriel Le Bomin |