Formée au Laboratoire de l’acteur, Doria Tillier tourne d’abord des courts métrages et des films publicitaires, tout en apparaissant à la télévision. Elle devient notamment présentatrice météo à Canal+. Ses débuts au cinéma datent de 2008 mais c’est en 2017 qu’elle perce avec Monsieur et Madame Adelman.
Il s’agit du premier long métrage de Nicolas Bedos, alors son compagnon. Tous deux en sont les interprètes mais aussi les scénaristes. Le film est un succès d’estime et Doria Tillier obtient le Swann d’or de la révélation féminine au Festival de Cabourg, avant d’être nommée au César de la meilleure actrice.
La comédienne enchaîne avec Le jeu (2018) de Fred Cavayé, dont elle partage l’affiche avec Bérénice Bejo, Suzanne Clément, Roschdy Zem, Vincent Elbaz et Grégory Gadebois. Doria Tillier présente ensuite deux longs métrages sélectionnés à Cannes. Yves de Benoit Forgeard (section Quinzaine des Réalisateurs) est une comédie décalée qui ne trouve pas son public.
Plus consensuel, Belle époque de Nicolas Bedos est projeté en sélection officielle, hors compétition, et trouve un bon accueil critique. Ce sera également un succès dans les salles. Doria Tillier décroche alors une seconde nomination au César de la meilleure actrice. En 2021, elle est choisie pour être la maîtresse des cérémonies d’ouverture et de clôture du Festival de Cannes.
