Enfant prodige del teatro svedese, partecipa a numerose piece al Vår teater, successivamente viene accettata alla Statens scenskola dove ha occasione di perfezionare la sua recitazione, rendendola maggiormente professionale. Ritenuto concluso il capitolo istruzione, torna a teatro, dove porta in scena classici come l'"Amleto" di William Shakespeare, "Casa di bambola" di Henrik Ibsen e "Le tre sorelle" di Anton Chechov.
Il primo matrimonio e il debutto cinematografico
La prima apparizione cinematografica risale al 1975, quando Roy Andersson la sceglie per interpretare il ruolo di una ragazza che va in un hotel nel poliziesco Giliap. Nel 1982, sposa l'autore e sceneggiatore Klas Östergren che la inserisce nella compagnia del Folkteatern di Gävle, dove porta sul palcoscenico con grande successo qualche opera di August Strindberg. Sarà lui a farla diventare madre dell'attrice Agnes Östergren. Entrata al Royal Dramatic Theatre di Stoccolma, notata da Ingmar Bergman, lavora con il grande regista svedese a livello cinematografico, sarà infatti lui a inserirla prima nel cast di Fanny e Alexander (1982) e poi nel film tv Vanità e affanni (1997).
Il secondo matrimonio con Bille August
Spesso compagna di set di Stellan Skarsgård, è la protagonista di due miniserie: Hur ska det gå för Pettersson? (1984) e Den goda viljan (1991). Divorziata da Östergren nel 1989, nel 1991 sposa il regista Bille August, che la renderà madre di altre due attrici: Asta e Alba August. Purtroppo anche questo matrimonio si conclude con il divorzio dei due nel 1997, non prima che Bille August la diriga in alcuni film accanto a Max Von Sydow: Con le migliori intenzioni(1992) che le fa ottenere la Palma d'Oro al Festival di Cannes come miglior attrice; Jerusalem (1996) e il telefilm Le avventure del giovane Indiana Jones (1993).
La madre di Darth Vader
Pernilla August sarà ancora accanto a von Sydow anche nel film tv Conversazioni private (1996), poi prende parte a Complotto a Stoccolma (1998) e alla miniserie Offer och gärningsmän (1999). Dopo aver interpretato Maria di Nazareth per il film tv religioso Jesus (1999), diventa la madre di Anakin Skywalker (alias Darth Vader) nei due film di fantascienza di George Lucas Star Wars: Episodio I - La minaccia fantasma (1999) e Star Wars: Episodio II - L'attacco dei cloni (2002) con Liam Neeson, Ewan McGregor, Jake Lloyd, Natalie Portman, Christopher Lee e Samuel L. Jackson. Lavora persino accanto a Gérard Depardieu in I Am Dina (2002), poi vince l'Orso d'Argento per il film Om jag vänder mig om (2003) dividendolo con tutto il resto del cast.
Ultimi lavori
Nel 2005 lavora all'ultimo episodio della 'trilogia delle classi' del norvegese Per Fly, Gli innocenti. Nel 2009 è nel brillante Una soluzione razionale, e nel 2010 passa alla regìa con il suo Beyond.
