Bérénice Marlohe, nacida de madre francesa y padre chino-camboyano, se crio en la región de París.
Después de seguir el curso del Conservatorio Nacional de Música y Danza (CNSMD), se dedicó brevemente al modelado y a estudiar actuación.
Tomó clases en la escuela de teatro Beatriz Brout y aprendió improvisación con el actor Philippe Lelièvre.
Bérénice Marlohe inició su carrera apareciendo en comerciales y en programas de televisión como Père et Maire, Femmes de loi y Equipe médicale d’urgence y en el comercial del vehículo Dacia Duster, del Grupo Renault.
Mientras intentaba conseguir papeles en Francia, obtuvo una audiencia -que posteriormente aprobó- poniéndose en contacto con el director de reparto de Skyfall (2012, la 23ª película de la serie James Bond), cuyo rodaje comenzó en noviembre del 2011, interpretando a una chica Bond, que encarna el papel de Séverine.