Nel 1984 è protagonista con Hanna Schygulla del film Il futuro è donna, di nuovo per la regia di Ferreri, invitato al Festival di Venezia, alla cui sceneggiatura hanno collaborato Dacia Maraini e Piera Degli Esposti.
Nello stesso anno girò Un amore di Swann di Volker Schlöndorff, in cui, insieme con Jeremy Irons, Fanny Ardant e Alain Delon, interpretò l’enigmatica Odette, l’amore impossibile di Proust.
Famose le sue copertine in tutto il mondo, come quella per Time. Intraprese anche la carriera televisiva: nel 1984 partecipò a Risatissima, insieme con Johnny Dorelli.
Al cinema più impegnato appartengono Cronaca di una morte annunciata di Francesco Rosi, Codice privato di Citto Maselli (per il quale ottenne la nomination come migliore attrice agli Oscar Europei), ‘o Re di Luigi Magni e Il viaggio di Capitan Fracassa di Ettore Scola, tutti realizzati nella seconda metà degli anni ottanta. Sono produzioni statunitensi Oscar – Un fidanzato per due figlie con Sylvester Stallone e Sette criminali e un bassotto, entrambi del 1991. Molto conosciuta in Francia, apparve spesso alla televisione transalpina sia come attrice di fiction sia come modella per pubblicità. Nel 1992 prese parte a Non chiamarmi Omar, una commedia diretta da Sergio Staino e basata sul racconto Nudi e crudi di un altro vignettista, Francesco Tullio Altan, senza grande successo.
Lavora anche con Francesco Nuti in Tutta colpa del Paradiso(1985) e Stregati(1986), con Carlo Verdone in Io e mia sorella (1987) e Stasera a casa di Alice (1990), ed è ancora a Hollywood con John Landis in Oscar – Un fidanzato per due figlie. Nel 1988 sposa Federico Facchinetti, dal quale ha avuto i figli Carolina e Andrea, e dal quale si separerà nel 1996.
Nel 1994 fu eletta Donna più bella del mondo dalla rivista statunitense Class. L’anno dopo uscì in Italia, Spagna e Sud America L’amante bilingue, diretto dal prestigioso regista Vicente Aranda.
Dopo un periodo di lontananza dal grande schermo tornò nel 1999 con Panni sporchi, di Mario Monicelli. Lavorò poi solo con registe: Francesca Archibugi, Asia Argento e Eleonora Giorgi, che la scelse per il suo esordio registico Uomini & donne, amori & bugie.
Nel 2006 recitò nella fiction prodotta dalla RAI Domani è un altro giorno e nel 2007 tornò a lavorare con Citto Maselli in Civico zero. Nel 2012 Ornella Muti prese parte al film di Woody Allen, girato in Italia, To Rome with Love. Nel 2013, insieme con la figlia Naike Rivelli, fu protagonista del videoclip e del brano prodotto da Alexandra Damiani Queen Of The Dancefloor. Del 2017 fu la partecipazione alla serie televisiva italiana Sirene, prodotta dalla Rai.
La moglie più bella di Damiano Damiani (1970)
Il sole nella pelle di Giorgio Stegani (1970)
Un posto ideale per uccidere di Umberto Lenzi (1970)
Esperienze prematrimoniali di Pedro Maso (1972)
Fiorina la vacca di Vittorio De Sisti (1972)
Un solo grande amore di Claudio Guerin Hill (1972)
L’amante adolescente di Pedro Maso (1973)
Le monache di Sant’Arcangelo di Domenico Paolella (1973)
Paolo il caldo di Marco Vicario (1973)
Tutti figli di Mammasantisima di Alfio Caltabiano (1973)
Appassionata di Gian Luigi Calderone (1974)
Romanzo popolare di Mario Monicelli (1974)
La segretaria di Paco Lara (1974)
Un beso ante de asconderme di Mario Camus (1975)
Léonor di Juan Luis Buñuel (1975)
Come una rosa al naso di Fanco Rossi (1976)
Il mio primo uomo di Mario Camus (1976)
L’ultima donna di Marco Ferreri (1976)
Eutanasia di un amore di Enrico Maria Salerno (1977)
Morte di una carogna di George Lautner (1977)
I nuovi mostri di Mario Monicelli, Dino Risi ed Ettore Scola (1977)
Primo amore di Dino Risi (1977)
Ritratto di borghesia in nero di Tonino Cervi (1977)
La stanza del vescovo di Dino Risi (1977)
Giallo napoletano di Sergio Corbucci (1979)
La vita è bella di Grigorij Cuchraj (1979)
Il bisbetico domato di Castellano e Pipolo (1980)
Flash Gordon di Mike Hodges (1980)
Innamorato pazzo di Castellano e Pipolo (1981)
Nessuno è perfetto di Pasquale Festa Campanile (1981)
Per amore e per denaro di James Toback (1981)
Storie di ordinaria follia di Marco Ferreri (1981)
La ragazza di Trieste, regia di Pasquale Festa Campanile (1982)
Bonnie e Clyde all’italiana, regia di Steno (1983)
Un povero ricco, regia di Pasquale Festa Campanile (1983)
Un amore di Swann, regia di Volker Schlöndorff (1983)
Il futuro è donna, regia di Marco Ferreri (1984)
Tutta colpa del paradiso, regia di Francesco Nuti (1985)
Grandi magazzini, regia di Castellano e Pipolo (1986)
Stregati, regia di Francesco Nuti (1986)
Cronaca di una morte annunciata, regia di Francesco Rosi (1987)
Io e mia sorella, regia di Carlo Verdone (1987)
Codice privato, regia di Citto Maselli (1988)
Il frullo del passero, regia di Gianfranco Mingozzi (1988)
‘o Re, regia di Luigi Magni (1988)
Aspetta primavera, Bandini, regia di Dominique Deruddere (1989)
Il viaggio di Capitan Fracassa, regia di Ettore Scola (1990)
Stasera a casa di Alice, regia di Carlo Verdone (1990)
Oscar – Un fidanzato per due figlie (Oscar), regia di John Landis (1991)
La domenica specialmente, regia di Giuseppe Bertolucci (1991)
Il conte Max, regia di Christian De Sica (1991)
Vacanze di Natale ’91, regia di Enrico Oldoini (1991)
Sette criminali e un bassotto, regia di Eugene Levy (1992)
Non chiamarmi Omar, regia di Sergio Staino (1992)
L’amante bilingue, regia di Vicente Aranda (1993)
Compromesso d’amore (Bienvenida Tatiana), regia di Santiago San Miguel (1994)
Mordburo, regia di Lionel Kopp (1995)
Per scherzo!, regia di Lucas Belvaux (1996)
Mi fai un favore, regia di Giancarlo Scarchilli (1996)
Somewhere in the city, regia di Ramin Niami (1998)
Panni sporchi, regia di Mario Monicelli (1999)
Terra del fuoco, regia di Miguel Littín (2000)
Domani, regia di Francesca Archibugi (2000)
The Unscarred, regia di Buddy Giovinazzo (2000)
Una lunga lunga lunga notte d’amore, regia di Luciano Emmer (2001)
Last Run, regia di Anthony Hickox (2001)
Hotel, regia di Mike Figgis (2002)
Dopo la vita (Après la vie), regia di Lucas Belvaux (2002)
Rincorsa (Cavale), regia di Lucas Belvaux (2002)
Una coppia perfetta (Un couple épatant), regia di Lucas Belvaux (2002)
Uomini & donne, amori & bugie, regia di Eleonora Giorgi (2003)
Le valigie di Tulse Luper – La storia di Moab, regia di Peter Greenaway (2003)
Dimmi di sì, regia di Juan Calvo (2004)
People, regia di Fabien Onteniente (2004)
La bambina dalle mani sporche, regia di Renzo Martinelli (2005)
Ingannevole è il cuore più di ogni cosa, regia di Asia Argento (2005)
Les Bronzés 3 : Amis pour la vie, regia di Patrice Leconte (2006)
L’inchiesta, regia di Giulio Base (2007)
Civico zero, regia di Citto Maselli (2007)
Io non ci casco, regia di Pasquale Falcone (2008)
Vittorio racconta Gassman, regia di Giancarlo Scarchilli (2011)
To Rome with Love, regia di Woody Allen (2012)
Daitona (alias Passero Rosso), regia di Lorenzo Giovenga (2016)
Checkmate, di Jason Bradbury (2016)
Notti magiche, regia di Paolo Virzì (2018)
Wine to love, regia di Domenico Fortunato (2018)
Mare di grano, regia di Fabrizio Guarducci (2018)