Moreau har belönats med tre Césarpriser, två 2005 i kategorierna Bästa debutfilm och Bästa kvinnliga skådespelare för "En smutsig affär" och en 2009 för Bästa kvinnliga skådespelare i "Séraphine". Vid Césarpriset 2013 nominerades hon till Bästa kvinnliga biroll för "Camille mellan två åldrar". Hon har bland annat haft roller i Jean-Pierre Jeunets filmer "Amelie från Montmartre" (2001) och "Micmacs" (2009).