Abandonó la carrera de medicina para comenzar su formación como actriz.

En 2008 fue galardonada con el Premio David di Donatello a la Mejor Actriz de Reparto.

En 2009 recibió un David de Donatello a la mejor actriz por su actuación en Il papà di Giovanna de Pupi Avati.

En 2014 Rohrwacher ganó la Copa Volpi a la mejor actriz en el 71.er Festival Internacional de Cine de Venecia por su interpretación en Hungry Hearts, una película del director italiano Saverio Costanzo.

[2]​ Es hermana de Alice Rohrwacher, que fue galardonada en 2011 con el Nastro d'argento al mejor director novel por Corpo celeste.