Arielle Laure Maxime Sonnery, mais tarde conhecida como Arielle Dombasle, nasceu de pais franceses em Hartford, Connecticut. Após a morte de sua mãe em 1964, Dombasle e seu irmão foram criados no México por seus avós maternos; ela frequentou o Lycée Franco-Mexicain, uma escola particular. Ela decidiu seguir a carreira de atriz e cantora depois de estudar no Conservatoire International de Musique de Paris.
Dombasle lançou cinco singles na década de 1980: "Paris m'a séduit" (1980), "Cantate 78" (1985), "Je te salue mari" (1986), "Nada más" (1988) e "Amour symphonique" (1989). Ela fez sua estreia no cinema no drama francês Perceval (1978), e passou a aparecer em mais de 70 filmes, a maioria deles franceses. Dombasle foi indicada ao Prêmio César por sua atuação coadjuvante no drama romântico L'ennui (1998), mas perdeu para Dominique Blanc por Aqueles que me amam, podem pegar o trem (1998). Além de atuar, Dombasle também dirigiu e escreveu três filmes: Chassé-croisé (1982), Les pyramides bleues (1988) e Opium (2013).
Durante a década de 1990, Dombasle interrompeu sua carreira musical, mas se recuperou na década de 2000 com seis singles: "Liberta" (2000), "Rhum e Coca-Cola" (2004), "C'est si bon" ( 2006), "Où tu Veux" (2007) e "Extraterrestre" (2009). Ela continuou a trabalhar como música em seus 60 anos, tendo lançado nove álbuns desde 2000. Dombasle também é ativista dos direitos dos animais, tendo feito campanha contra matadouros.
Ela é casada com o filósofo e escritor francês Bernard-Henri Lévy e é madrasta dos dois filhos de Lévy.
