Hija del cineasta Alain Doutey y actriz Arielle Semenoff. Apareció en La Fleur du Mal de Claude Chabrol y en El Lobo, la verdadera historia de un topo dentro del grupo separatista vasco ETA En 2006, fue nominada para un César a la Mejor Actriz Revelación por su interpretación en Il ne faut jurer de rien !, una adaptación cinematográfica de una obra de Alfred de Musset. Su escena con Jean Dujardin y Jérôme Le Banner, dirigida por Jan Kounen fue cortada de la versión final de Les Infidèles (película de 2011), pero más tarde apareció en algunas versiones de DVD. De 2002 a 2013, Doutey estuvo en una relación con el actor Gilles Lellouche. Tienen una hija llamada Ava, nacida el 5 de septiembre de 2009.
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