Elle est la fille d'une infirmière et d'un médecin3. Elle s'essaie au théâtre durant sa jeunesse. Après le baccalauréat, elle s'installe à Paris et intègre le Conservatoire national supérieur d'art dramatique4, dont elle sort en 2001. Elle y fait la rencontre d'Olivier Py, qui la dirigera dans Au monde comme n'y étant pas, Orlando ou l'impatience et Les Parisiens5. Ses prestations dans les moyen métrages Ce qu'il restera de nous, de Vincent Macaigne, et Un monde sans femmes (2012), de Guillaume Brac, pour lequel elle reçoit le prix Jeanine Bazin au festival de Belfort6, sont remarquées par la critique. Souvent distribuée au cinéma dans des seconds rôles, son personnage de Noémie dans la série télévisée Dix pour cent en 2015 la fait ensuite connaître du grand public3. Son interprération dans le court-métrage La Contre-allée de Cécile Ducrocq lui vaut un prix spécial au festival de Sundance7. Elle est nommée en 2018 au César de la meilleure actrice dans un second rôle pour son rôle dans Ava.
Elle reçoit en 2018 le Molière de la comédienne dans un spectacle de théâtre privé pour sa prestation dans Le Jeu de l’amour et du hasard de Marivaux, mis en scène Catherine Hiegel au théâtre de la Porte Saint-Martin.
Le 19 décembre 2018, plus de 70 célébrités se mobilisent à l'appel de l'association Urgence Homophobie. Laure Calamy est l'une d'elles et apparaît dans le clip de la chanson De l'amour8.
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