Weltweite Bekanntheit erlangte Exarchopoulos schließlich nach der Premiere des Films "Blau ist eine warme Farbe" im Mai 2013 auf den Filmfestspielen von Cannes. In dem fast dreistündigen Drama des französisch-tunesischen Regisseurs Abdellatif Kechiche spielt sie die Jugendliche Adèle, die eine Beziehung mit der Künstlerin Emma (Léa Seydoux) eingeht.