Charlotte Lucy Gainsbourg (* 21. Juli 1971 in London; eigentlich Charlotte Lucy Ginsburg) ist eine französische Schauspielerin und Sängerin. Ihre erste Rolle in dem 1984 veröffentlichten Film Duett zu dritt erhielt Gainsbourg mit zwölf Jahren auf Vermittlung ihrer Mutter Jane Birkin. Zwei Jahre später wurde sie mit dem César als beste Nachwuchsdarstellerin für ihre Darbietung in dem Film Das freche Mädchen (1985) von Claude Miller ausgezeichnet. Die zweite Zusammenarbeit mit Miller in Die kleine Diebin (1988) nach einem Drehbuch von François Truffaut brachte ihr drei Jahre später die erste César-Nominierung in der Kategorie Beste Hauptdarstellerin ein.

Für den Film Die Zeit mit Julien (1988) von Agnès Varda stand sie zusammen mit ihrer Mutter, ihrer jüngeren Halbschwester Lou Doillon und Agnès Vardas Sohn Mathieu Demy vor der Kamera. Schlagzeilen machte der Film Charlotte for Ever, der 1986 erschien, als Gainsbourg gerade fünfzehn Jahre alt war. Der Film thematisiert die erotische Liebe zwischen Vater und Tochter, den Inzest. Ebenfalls von einem Inzest, diesmal zwischen Geschwistern, handelte 1993 der Film Der Zementgarten nach dem gleichnamigen Roman von Ian McEwan unter der Regie ihres Onkels Andrew Birkin.

Mit Yvan Attal bildete Gainsbourg mehrmals ein Filmpaar vor der Kamera, erstmals 1991 in Eric Rochants Entführung aus Liebe und 1992 in Jacques Doillons Amoureuse. 1996 schloss sich der gemeinsame Auftritt in Marion Vernoux’ Dreiecksbeziehungskomödie Love, etc. an. 2001 sowie 2004 folgten Attals eigene Regiearbeiten Meine Frau, die Schauspielerin und Happy End mit Hindernissen.

Im Jahr 2000 erhielt Gainsbourg einen weiteren César, diesmal in der Kategorie Beste Nebendarstellerin für Danièle Thompsons Regiedebüt La Bûche (1999).

Im Herbst 2008 drehte sie an der Seite von Willem Dafoe unter der Regie von Lars von Trier den Horrorthriller Antichrist, der ihr den Darstellerpreis der 62. Filmfestspiele von Cannes, die dänische Bodil und eine Nominierung für den Europäischen Filmpreis einbrachte. Weitere Nominierungen für den Europäischen Filmpreis erhielt sie für die erneute Zusammenarbeit mit Lars von Trier: 2011 für Melancholia, wo sie als pragmatische Schwester von Kirsten Dunst zu sehen war, und 2014 für den wegen seiner expliziten Sexszenen kontrovers diskutierten Film Nymphomaniac, in dem sie eine Nymphomanin verkörperte.

Für ihre schauspielerische Leistung in Frühes Versprechen von Éric Barbier war sie 2018 ein weiteres Mal für den César als beste Hauptdarstellerin nominiert.