Mathilde a neuf ans. Ses parents sont séparés. Elle vit seule avec sa mère, une personne fragile à la frontière de la folie. L’histoire d’un amour unique entre une fille et sa mère.

Projet osé sur le papier, le sixième long métrage de Noémie Lvovsky l’est tout autant dans son exécution. La petite Mathilde, 9 ans, y fait ce qu’elle peut pour protéger sa mère de la folie dans laquelle elle s’enfonce petit à petit. […] Cinq ans après l’enchanteur Camille redouble, la réalisatrice revient avec un film à la fantaisie plus âpre autour d’une enfant confrontée à la folie de sa mère. Les Inrocks

Avec cette fable à la fois merveilleuse et inquiétante, la réalisatrice de Camille redouble pose un regard original sur le lien filial. En étant de tout cœur du côté de l’enfant, Noémie Lvovsky bannit ce qui est logique ou terre à terre. Sans esquiver le désarroi. Un jour, la mère annonce à sa fille qu’elles doivent déménager. Voilà qu’elles partent avec leur valise, que la mère sonne chez des particuliers, leur ordonnant, document à l’appui, de s’en aller dans l’heure. Scène abracadabrante. Et poignante : dans le regard de Mathilde passe toute la conscience qu’aux yeux des autres sa maman est timbrée. Mais pour rien au monde elle ne voudrait se séparer d’elle. Noémie Lvovsky interprète elle-même, avec tendresse, ce personnage fervent et doux, perdu, harcelé. Son film, qui s’autorise de belles échappées vers l’onirisme symboliste, chemine sur un fil, a le mérite d’être éminemment personnel et d’une grande pudeur créatrice : jamais tire-larmes et pourtant capable de nous faire pleurer avec une scène joyeuse de danse de la pluie. Télérama

En 1993, Noémie Lvovsky signe son premier long-métrage, le brillant Oublie-moi, portrait d'une jeune femme tourmentée. Elle tourne ensuite pour Arte Petites, récit de l'amitié entre quatre adolescentes et La Vie ne me fait pas peur, son deuxième long qui lui vaut le Prix Jean-Vigo et le Léopard d'argent au Festival de Locarno en 1999. Les Sentiments (2003) est salué par le prix Louis-Delluc. Quatre ans après, elle signe Faut que ça danse !, un portrait de famille qui mêle fantaisie et émotion.

En 2001, la cinéaste fait ses premiers pas de comédienne dans Ma femme est une actrice d'Yvan Attal, rôle qui lui vaut une nomination au César du Meilleur second rôle. Sa carrière de comédienne se poursuit avec France boutique, Rois et reine, L'un reste, l'autre part ou encore Actrices, Coco, Les Beaux gosses, Bus Palladium  Ensemble, nous allons vivre une très, très grande histoire d'amour..., Les Mains libres et Présumé coupable, 17 filles, Les Adieux à la reine.

Elle réalise en 2012 son cinquième long-métrage de cinéma, Camille redouble, dont elle est également la scénariste et la tête d'affiche, une première pour la cinéaste. Elle écrit pour Valeria Bruni-Tedeschi le scénario d'Un Château en Italie en 2013 puis apparaît dans des comédies, notamment dans Adieu Berthe de Bruno Podalydès et Chez nous c'est trois, de Claude Duty. Elle retrouve par la suite le réalisateur Riad Sattouf pour Jacky au royaume des filles. Avec la comédie Tiens-toi droite, Noémie Lvovsky donne la réplique à Laura Smet et Marina Foïs. Après avoir joué des personnages secondaires dans Les Jours venus, Comme un avion et La Belle Saison, l'actrice campe le rôle-titre de Rosalie Blum, l'adaptation de la bande-dessinée du même nom créée par Camille Jourdy.

Elle poursuit avec l'original chronique familiale Demain et tous les autres jours, qu'elle écrit et réalise, et prend part à l'ambitieux film historique Un peuple et son roi de Pierre Schoeller. En 2018, elle retrouve la comédienne et réalisatrice Valeria Bruni Tedeschi pour Les Estivants, s'inspirant de la propre histoire de cette dernière. 
Aimant jouer dans des comédies sociales, comme sa prestation dans Les Invisibles en témoigne, Noémie Lvovsky entame l'année 2020 avec la comédie féministe La Bonne épouse et le drame sur la prostitution Filles de joie, qui sortent à une semaine d'intervalle.

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Ce film est interdit aux moins de 16 ans.