Marie-Lou Sellem wurde in Göttingen geboren, besitzt die deutsche und die französische Staatsbürgerschaft und lebt und arbeitet in Deutschland. Nach ihrem Abschluss an der Folkwanghochschule in Essen begann ihre Theaterkarriere am Essener Theater & Philharmonie.
Es folgten zahlreiche Engagements an deutschsprachigen Bühnen u.a. dem Düsseldorfer Schauspielhaus, dem Hamburger Schauspielhaus, dem Theater Basel, dem Deutschen Theater Berlin, dem Schauspielhaus Zürich, dem Maxim Gorki Theater, dem Schauspiel Frankfurt, dem Staatstheater Stuttgart, dem Schauspiel Köln und den Salzburger Festspielen. In den letzten Jahren vor seinem Tod hat Marie-Lou Sellem eine kontinuierliche Zusammenarbeit mit Dimiter Gotscheff verbunden. Überwiegend fand diese an der Volksbühne Berlin statt.
Seit ihrem Auftritt in Christoph Schlingensiefs Kinofilm „100 Jahre Hitler“ 1989 arbeitet Marie-Lou Sellem auch regelmäßig für Film und Fernsehen. Mitte der 90er wurde sie vor allem durch Tom Tykwers „Winterschläfer“ (1996) einem großen Publikum bekannt und spielte in diversen „Tatort“-Folgen und anderen hochkarätigen Fernsehfilmen tragende Rollen.
Es folgten weitere Kinoproduktionen mit Marie-Lou Sellem wie z.B. „Nichts bereuen“ in der Regie von Benjamin Quabeck, für den sie 2002 für den Deutschen Filmpreis nominiert wurde.
Nach „Club Europa“ (Regie: Franziska M. Hoenisch) und „Casting“ von Nicolas Wackerbarth drehte Marie-Lou Sellem in 2020 ihren ersten internationalen Kinofilm „Charlie’s Angels“ in der Regie von Elizabeth Banks. Als nächstes wird sie mit „Es ist zu deinem Besten“ von Marc Rothemund in den Kinos zu sehen sein.