Luisa Ranieri debutta al cinema nel 2001 con il Principe e il Pirata di Leonardo Pieraccioni dove interpreta il ruolo di Chiara. Nel 2003 esce nelle sale con Il Fuggiasco di Andrea Manni nel ruolo di Maria.
È scelta da Michelangelo Antonioni come una delle protagoniste de Il Filo pericoloso delle cose, episodio del film corale Eros che il regista firma nel 2004 con Steven Soderbergh e Wong Kar –Wai. Nello stesso anno ha il ruolo principale nella miniserie per la Rai La Omicidi diretta da Riccardo Milani, con cui l’anno seguente gira Cefalonia, miniserie per la Rai in due puntate dove è la protagonista femminile. Sempre nel 2005 Luisa Ranieri diventa Maria Callas per la miniserie Callas e Onassis di Giorgio Capitani in onda su canale 5, è accanto a Adriano Celentano in Rockpolitik ed è nel cast de I Guardiani delle Nuvole di Luciano Odorisio.
Nel 2007 torna al cinema con la commedia napoletana Sms – sotto mentite spoglie di Vincenzo Salemme mentre l’anno successivo Luisa Ranieri è al fianco di Sergio Castellitto nella miniserie O’Professore di Maurizio Zaccaroe partecipa a Amiche mie, serie tv diPaolo Genovese e Luca Maniero dove è la giornalista televisiva Marta.
Nel 2009esce sul grande schermo la commediafirmata da Pupi Avati Gli amici del Bar Margherita dove Luisa Ranieri è Ninni, contemporaneamente è a teatro con L’Oro di Napoli di Gianfelice Imparato e Armando Pugliese dove interpreta il ruolo che fu sia della Loren che della Mangano e registra il tutto esaurito.
L’anno seguente è nei cinema con tre produzioni: L’amore Buio di Antonio Capuano, La vita è una cosa Meravigliosa di Carlo Vanzina e Letters to Juliet diretto da Gary Winick. Da questo momento la carriera di Luisa Ranieri inizia a dividersi tra l’Italia e la Francia. Il 2011 è l’anno del pluripremiato Mozzarella Stories di Edoardo De Angelis, Le Marquis di Dominque Ferrugia, la commedia romantica francese Bienvenue A’ Bord di Eric Lavaine e di Immaturi di Paolo Genovese.Nel 2012 conferma nel ruolo di Marta nel sequel Immaturi – il Viaggio.
Nel 2013 è nel cast di Allacciate le cinture di Ferzan Ozpetek, l’anno seguente è in tv con Il Giudice Meschino di Carlo Carlei, mentre nelle sale esce Maldamore di Angelo Longoni.
Nel 2014 è la madrina della 71esima edizione della Mostra del Cinema di Venezia.
Luisa Ranieri nel 2016 è Luisa Spagnoli nella serie in onda su Rai1 dedicata a una delle figure femminili più influenti dell’inizio Novecento.
Nel 2018 è protagonista de La Vita Promessa, serie tv, per la regia di Ricky Tognazzi, in onda su Rai1 che incassa un enorme successo di pubblico e di critica. Successo addirittura superato da Le indagini di Lolita Lobosco, la nuova serie tv tratta dai libri di Gabriella Genisi e diretta da Luca Miniero che in quattro puntate su Rai1 conquista una media di oltre 7 milioni di telespettatori.
Il 2021 segna per Luisa Ranieri il grande ritorno al cinema con due film. Il primo è E’ stata la mano di Dio di Paolo Sorrentino, candidato agli Oscar e che le vale il Nastro d’Argento. A fine 2021 il film corale di Alessandro Genovesi, 7 Donne e un Mistero.
Il 2022/2023 è segnato dall’enorme successo della seconda stagione della serie tv “Le Indagini di Lolita Lobosco” e da quello di Food Wizards, il cartone animato, ideato da Luisa Ranieri insieme con la dottoressa Sara Farnetti, sulla buona alimentazione raccontata in maniera divertente ai bambini. Il cartone animato, prodotto da Zocotoco (la società di produzione che Luisa Ranieri condivide con il marito Luca Zingaretti con la quale, tra le altre cose, hanno prodotto anche Le indagini di Lolita Lobosco) insieme con Mad Entertainment – per una realizzazione volutamente interamente italiana – ha totalizzato, in poche settimane, oltre 27 milioni di visualizzazioni su RaiYoyo imponendosi come un vero e proprio evento.
Da segnalare, nel 2023, anche la partecipazione in qualità di ospite di Luisa Ranieri al Festival di Sanremo per un omaggio agli incredibili successi dell’anno che ha letteralmente incantato l’opinione pubblica. Nello stesso anno, la Ranieri è nel nuovo film “Nuovo Olimpo” di Ferzan Ozpetek e sul set di quello di Johnny Depp e di Paolo Sorrentino.
Il 2024 si è aperto con il grande successo della terza stagione de “Le Indagini di Lolita Lobosco” in onda su Rai1 ed è continuato con quello del film di Ferzan Ozpetek “Diamanti” di cui è protagonista, con la partecipazione al film di Johnny Depp – la cui interpretazione le vale il Ciak d’Oro come miglior attrice protagonista – “Modì – Tre giorni sulle ali della follia” e di nuovo nell’ultimo film di Paolo Sorrentino “Parthenope”.
Nel 2025 è l’unica artista italiana ritratta nell’edizione 2026 del calendario Pirelli. È protagonista insieme con Alessandro Gassman del film di Natale di Amazon Prime “Natale senza Babbo” di Stefano Cipani e interpreta “La Preside” serie tv per la prima serata di Rai1 liberamente ispirata alla storia di Eugenia Carfora, la preside di Caivano, grande successo di pubblico e critica.
Al termine dell’incontro Luisa Ranieri ritirerà il PREMIO BIF&ST ARTE DEL CINEMA.