Figlia di padre italiano e madre spagnola, Aitana Sanchez Gijon è forse una delle attrici spagnole più promettenti con una certa fama all'estero. Inizia a recitare all'età di 16 anni, per una serie tv. Si tratta della spagnola "Segunda Ensenanza". Dopo aver studiato arte drammatica, appare sul grande schermo in Spagna, in Romanza Final (1986) e in Redondela (1987). È poi ne Il Veneziano, Vita e amori del giovane Casanova (1987), versione americana per la televisione, minore e erotica delle memorie di Casanova. Nel 1989 interpreta l'italiana Teresa Guiccioli in Rowing with the wind, pellicola che tratta dei rapporti tra Lord Byron (interpretato da Hugh Grant) e Mary Shelley. Tornata in Spagna, Aitana appare in diversi film iberici : Viento de colera (1988), Bajarse al moro (1989), El mar y el tiempo (1989). Sarà inoltre tra i protagonisti de Il labirinto greco (1993) e de Il marito perfetto (1993). La prima parte da protagonista principale la ottiene però per Il profumo del mosto selvatico (1995) di Alfonso Arau, dove recita accanto a Keanu Reeves. Accanto a Javier Bardem sarà invece in Boca a boca (1995) di Manuel Gomez Pereira, per poi interpretare due film di Bigas Luna: L'immagine del desiderio (1997), dove interpreta Marie, sensuale cameriera del Titanic e Volavérunt (1999), dove supporta Penelope Cruz e Stefania Sandrelli. Nel 1999 è in Celos - Gelosia di Vincente Aranda oltre a interpretare una delle donne di fronte alla lavatrice nella riuscitissima roulette russa casalinga del premiato corto, Ruleta di Roberto Santiago. Nel 2003 si fa riconoscere grazie al ruolo in Io non ho paura di Salvatores, tratto dal romanzo omonimo di Ammaniti. Nel 2004 è invece nella produzione spagnola-americana: L'uomo senza sonno di Brad Anderson, thriller psicologico dove si trova accanto a un dimagrito Christian Bale e a Jennifer Jason Leigh. Sarà ancora, tra gli innumerevoli film in cui appare a inizio millennio, in La puta y la ballerina (2004), Backwoods (2006) e Animales heridos (2006). Nel 2008 Aitana appare nell'esordio alla regia di un figlio d'arte eccellente: Silvio Muccino, già sovente attore e in questo caso anche protagonista, in Parlami d'amore. Qui Aitana interpreta Nicole, che condivide turbamenti e pensieri col giovane e problematico Sasha.