Isabella vyrastala striedavo v Taliansku a vo Francúzsku. Ako trinásťročná podstúpila ťažkú operáciu chrbtice. Vo filmoch svojho otca účinkovala od roku 1971. V roku 1972 odišla do New Yorku, kde pracovala najskôr ako prekladateľka pre Italien News Bureau a učiteľka taliančtiny v New School for Social Research. Po troch rokoch novinárskej praxe u Gianniho Miny sa stala reportérkou newyorskej pobočky talianskej televíznej spoločnosti RAI. Isabellin pôvab sa nedal prehliadnuť, a preto začala s modelingom. Jej fotografie sa objavili na stránkach prestížnych módnych časopisov Vogue, Harper’s Bazaar a Elle. V roku 1982 uzatvorila exkluzívnu zmluvu s francúzskou kozmetickou firmou Lancôme, ktorá si vybrala jej záhadnú tvár na reklamu svojich výrobkov. Pred filmovou kamerou debutovala Isabella Rossellini po boku svojej matky ako rehoľná sestra Pia, ktorá sa starala o starnúcu komtesu v melodráme Vec času. Poriadne na seba upozornila až vo filme Lúka, kde stvárnila talianske dievča Eugeniu. Isabella účinkovala vo filmoch Biele noci, Modrý zamat, Galantné dámy, Honba za vdovou. V lete 1994 natáčala v Českej republike životopisnú snímku o Beethovenovi Nehynúca láska. Uznania sa jej dostalo aj ako maliarke – svoje diela vystavovala v Paríži a New Yorku. Je autorkou autobiografickej knihy Niečo o mne. V rokoch 1979 – 1982 bola vydatá za amerického režiséra Martina Scorseseho. Z druhého manželstva s texaským manekýnom a architektom Jonathanom Wiedemannom (1983 – 1986) pochádza jej dcéra Elettra. V roku 1991 sa rozišla so svojím ďalším životným partnerom, režisérom Davidom Lynchom, a v súčasnosti v jej milostnom živote zohráva hlavnú úlohu herec Gary Oldman.
