Elle naît le 27 avril 1958 à Norwich dans le Connecticut aux États-Unis. Elle est la fille de Jean-Louis Sonnery, industriel au Mexique et la petite-fille maternelle de Maurice Garreau-Dombasle, ambassadeur de France au Mexique en 1945. En souvenir de sa mère qui décède à l'âge de 34 ans, Arielle Sonnery, prit le pseudonyme d'Arielle Dombasle.

Elle passe son enfance au Mexique à l'ambassade de France élevée par ses grands-parents, aux côtés de son grand-père ambassadeur et d'une grand-mère voyageuse et fantasque, où elle fait de la danse classique et du théâtre dans une petite troupe de théâtre qu'elle a montée elle-même à l'âge de douze jusqu'à l'âge de 18 ans. En 1976 elle vient à Paris suivre les cours de danse, de chant, d'art dramatique et de comédie au conservatoire international de musique.

En 1978, Arielle Dombasle débute au cinéma dans Perceval le Gallois d'Eric Rohmer.

Le 19 juin 1993, elle a épousé en seconde noces, le philosophe Bernard-Henri Lévy à Saint Paul de Vence sur la Côte d'Azur.

Les films dans lesquels Arielle Dombasle a joué :

1978 : Perceval le Gallois d'Éric Rohmer
1978 : Mazarin de Pierre Cardinal (feuilleton TV)
1979 : Louis XI ou le Pouvoir central d'Alexandre Astruc (TV)
1979 : Je te tiens, tu me tiens par la barbichette de Jean Yanne
1979 : Tess de Roman Polanski
1980 : Catherine de Heilbronn d'Éric Rohmer (TV)
1980 : Justocœur de Mary Stephen
1981 : Ligeia de Maurice Ronet (TV)
1981 : Une robe noire pour un tueur de José Giovanni
1981 : Les Fruits de la passion de Shuji Terayama
1981 : Putain d'histoire d'amour de Gilles Béhat
1982 : Laissé inachevé à Tokyo d'Olivier Assayas (court-métrage)
1982 : Chassé-croisé d'Arielle Dombasle
1982 : Le Beau Mariage d'Éric Rohmer
1982 : Mozart de Marcel Bluwal (feuilleton TV)
1982 : Les Dames à la licorne de Lazare Iglesis (TV)
1983 : Rosette sort le soir de Rosette (court-métrage)
1983 : La Belle Captive d'Alain Robbe-Grillet
1983 : Pauline à la plage d'Éric Rohmer
1983 : Un été nommé désir de Fred de Fooko (court-métrage)
1984 : Rosette prend sa douche de Rosette (court-métrage)
1984 : Lace de William Hale (TV)
1985 : Los motivos de Berta :
1985 : Vive la mariée de Jean Valère (TV)
1985 : La Nuit porte-jarretelles de Virginie Thévenet
1985 : Lace II de William Hale (TV)
1986 : Sins de Douglas Hickox (feuilleton TV)
1986 : Flagrant Désir de Claude Faraldo
1986 : The Boss' Wife de Ziggy Steinberg
1987 : Jeux d'artifices de Virginie Thévenet
1988 : Les Pyramides bleues d'Arielle Dombasle
1989 : L'Or du diable de Jean-Louis Fournier (feuilleton TV)
1989 : Autour du monde en 80 jours (Around the World in 80 Days)
1989 : Le Saint, faux numéro (The Saint: Wrong Number)
1989 : Sauf votre respect (Try This One for Size) de Guy Hamilton
1989 : Incognito d'Alain Bergala (TV)
1990 : Le Rêve du singe fou (El Sueño del mono loco)
1990 : Moi, général de Gaulle de Denys Granier-Deferre (TV)
1990 : L'Homme au double visage de Claude Guillemot (TV)
1991 : Mémoires d'Éric Summer (court-métrage)
1991 : Lola Zipper d'Ilan Duran Cohen
1992 : La Mare aux crocodiles de Neal Sundstrom (TV)
1992 : Terror Stalks the Class Reunion de Clive Donner (TV)
1992 : Hors saison (Zwischensaison) de Daniel Schmid
1992 : Villa mauresque de Patrick Mimouni
1992 : La Vie crevée de Guillaume Nicloux
1993 : L'Absence de Peter Handke
1993 : L'Arbre, le maire et la médiathèque d'Éric Rohmer
1993 : Miroslava d'Alejandro Pelayo
1993 : Grand Bonheur d'Hervé Le Roux
1994 : Un indien dans la ville d'Hervé Palud
1995 : À propos de Nice, la suite de Raoul Ruiz
1995 : L'Annamite de Thierry Chabert (TV)
1995 : Les Cent et une nuits de Simon Cinéma d'Agnès Varda
1995 : Fado majeur et mineur de Raoul Ruiz
1995 : Mécaniques célestes de Fina Torres
1995 : Un bruit qui rend fou d'Alain Robbe-Grillet et Dimitri de Clercq
1995 : Raging Angels d'Alan Smithee
1996 : Soyons amis de Thomas Bardinet (court-métrage)
1996 : Les Deux Papas et la maman de Jean-Marc Longval et Smaïn
1996 : Trois Vies & une seule mort de Raoul Ruiz
1997 : Le Jour et la nuit de Bernard-Henri Lévy
1997 : J'en suis ! de Claude Fournier
1997 : Jeunesse de Noël Alpi
1997 : Le Désert de feu (Deserto di fuoco)
1997 : Maigret et l'improbable Monsieur Owen de Pierre Koralnik (TV)
1997 : Opération Bugs Bunny de Michel Hassan (TV)
1998 : Ivre mort pour la patrie de Professeur Choron
1998 : Bo Ba Bu d'Ali Khamrayev
1998 : Les Amis de Ninon de Rosette (court-métrage)
1998 : Que la lumière soit ! d'Arthur Joffé
1998 : Hors jeu de Karim Dridi
1998 : L'Ennui de Cédric Kahn
1999 : Astérix et Obélix contre César de Claude Zidi
1999 : Le Temps retrouvé de Raoul Ruiz
1999 : C'est pas ma faute ! de Jacques Monnet
1999 : Les Infortunes de la beauté de John Lvoff
2000 : Les Faux-fuyants de Pierre Boutron (TV)
2000 : Les Eléphants de la planète Mars
2000 : Red Shoe Diaries 18: The Game
2000 : Le Libertin de Gabriel Aghion
2000 : Vatel de Roland Joffé
2000 : Amazone de Philippe de Broca
2000 : 30 ans de Laurent Perrin
2001 : G@mer (Gamer) de Patrick Levy
2001 : Folle de Rachid en transit sur Mars de Philippe Barassat
2001 : Les Âmes fortes de Raoul Ruiz
2002 : Hideous Man de John Malkovich (court-métrage)
2002 : La Bataille d'Hernani de Jean-Daniel Verhaeghe (TV)
2002 : Deux de Werner Schroeter
2002 : Les Frangines de Laurence Katrian (TV)
2003 : Lovely Rita, sainte patronne des cas désespérés
2003 : La Belle et la toute petite bête de Max Luna (vidéo)
2004 : Albert est méchant d'Hervé Palud
2004 : Sissi, l'impératrice rebelle de Jean-Daniel Verhaeghe (TV)
2004 : Le Genre humain - 1ère partie : les Parisiens
2004 : Quand je serai star de Patrick Mimouni
2004 : Milady de Josée Dayan (TV)
2005 : Le Courage d'aimer de Claude Lelouch