В 1972—1974 гг. Аджани работала по контракту у режиссера Робера Оссейна в Народном театре Реймса в спектакле Гарсии Лорки «Дом Бернарды Альбы». Фильм «Маленький угольщик» попался на глаза режиссеру самого престижного во Франции театра «Комеди Франсез», и тот пожелал познакомиться с юным дарованием. В итоге Изабель стала первой в истории театра актрисой, которой в 16 лет доверили роли в серьезных постановках.
В 1974 г. Аджани сыграла в фильме Клода Пиното «Пощечина», после чего она покинула театр. Ее пригласили участвовать в съемках картины Франсуа Трюффо «История Адели Г.», которая принесла ей международную известность. За роль дочери Виктора Гюго, сошедшей с ума от несчастной любви, она была выдвинута на премию «Оскар». Почему Трюффо предложил 19-летней Изабель сыграть роль 33-летней героини? «Возраст – ерунда, – говорил режиссер. – Главное, что Аджани способна воспламенить экран. К тому же она единственная актриса, глядя на игру которой я плакал».
В 1976 г. на экран вышли ленты Андре Тешине «Барокко» и Романа Полански «Жилец».
В 1979 г. Аджани снимается в фильме «Носферату – призрак ночи» режиссера Вернера Херцога. Ее партнером по фильму был Клаус Кински. В этом же году она исполнила роль писательницы Эмилии Бронте в другом фильме Андре Тешине «Сестры Бронте».
В 1981 г. Аджани снимается в фильмах «Одержимая бесом» Анджея Жулавски и «Квартет» Джеймса Айвори. За роли в них она получила премию 34-го Каннского кинофестиваля как лучшая актриса и премию «Сезар».
Вскоре актриса получает второго «Сезара» за роль в драме «Убийственное лето» Жана Беккера по роману Себастьяна Жапризо. В следующем году она записала диск с песнями, на одну из которых начинающий режиссер Люк Бессон снял видеоклип. Бессон предложил ей сыграть в его фильме «Подземка».
В 1988 г. выходит фильм «Камилла Клодель», где Аджани была актрисой и продюсером. Это история любви ученицы Камиллы к своему учителю Родену. Роль великого скульптора исполнял Жерар Депардье. Фильм получил 4 премии «Сезар», в том числе за лучшую женскую роль. Четвертый «Сезар» у Аджани за участие в экранизации романа Александра Дюма «Королева Марго» режиссера Патриса Шеро.
В 1997 г. она была приглашена возглавить жюри 50-го Каннского кинофестиваля.
В 2010 г. Аджани получила своего пятого «Сезара» за лучшее исполнение женской роли в фильме Жан-Поля Лилиенфельда «Последний урок». 19 февраля 2010 г. на Берлинском международном кинофестивале был представлен фильм «Мамонт» с ее участием режиссеров Гюстава де Керверна и Бенуа Делепина. Главную мужскую роль в фильме играет Жерар Депардье. Это их четвертая совместная работа в кино.