Начала свою карьеру в возрасте трех лет, снимаясь в рекламных роликах. В возрасте тринадцати лет, уже имея опыт съемок не только в рекламе, но в небольших киноролях, пришла на кастинг фильма «Мима» и получила свою первую большую роль. В том же году снялась в «Похитителе детей», а через год приняла участие в съемках оставшегося незавершенным последнего фильма классика кинорежиссуры Марселя Карне. Следующая роль — Саманта в фильме Эли Шураки «Праздник» — принесла в 1993 семнадцатилетней актрисе первую номинацию на премию «Сезар» в категории «актриса-надежда». Дважды она выдвигалась в этой номинации: в 1994 за роль в фильме «Холодная вода» и в 1996 — «Одинокая девушка», но заветную статуэтку так и не получила. В 1998 Виржини была отмечена за лучшую женскую роль на кинофестивале в Париже за фильм «Жанна и великолепный парень».

В 1999 году была выбрана лицом марки косметических средств L’Oréal.

Виржини Ледуайен снимается не только во французских, но и в американских и тайваньских фильмах.