Původně učila tělocvik a matematiku, ovšem její smyslný zjev brzy našel odezvu v reklamě a v eroticky zabarvených filmech Venuše v kožichu či Sexuální revoluce.
Začínala v půli 60. let, kdy si zahrála v italsko-americké komedii Dr. Goldfoot a jeho sexbomby. V 70. letech dostala ve filmu Manželé z roku II úlohy šlechtičny Pauliny, která stojí mezi dvěma muži, svým bratrem a postavou navrátilce z Ameriky, jehož představitel Jean-Paul Belmondo se na čas stal jejím partnerem i v soukromí.
Laura Antonelliová po boku Jeana-Paula Belmonda při natáčení filmu Doktor Popaul v roce 1972.
Hrála i v ceněných filmech Bez motivu, Nevinný či Benátská noc, nicméně světovou proslulost jí po boku Michaela Placida vynesl příběh Bože, jak hluboko jsem klesla, kde její hrdinka vychovaná jeptiškami objevuje tajemství sexu, mimo jiné s vlastním řidičem.
Následovaly podobně laděné, nicméně uznávanými režiséry podepsané snímky jako Do postele vždy a ochotně, ovšem postupně se herečka stáhla ze scény. V 90. letech musela kvůli užívání kokainu do vězení, vedle odvykací léčby postoupila i plastické operace, které se nevyvedly. Skončila by na mizině, kdyby od italského ministra kultury nedostala doživotní rentu.
Za svůj život natočila bezmála čtyřicítku filmů, naposledy v roce 1991 příběh Zlomyslnost 2000, objevila se také v seriálu Lhostejní, kde účinkovali Peter Fonda či Liv Ullmannová, ale žádný titul už nepřekonal popularitu snímku se skandálně dráždivou pověstí Bože, jak hluboko jsem klesla.
