Людивин Санье родилась во французском департаменте Ивелин. Начала заниматься на театральных курсах в 6 лет за компанию со старшей сестрой. В восьмилетнем возрасте получила первую кинороль в фильме «Мужья, жены, любовники» (Les maris, les femmes, les amants) (1989). Год спустя Людивин Санье снялась во время летних каникул в фильме «Сирано де Бержерак» (1990), где её партнёром стал знаменитый Жерар Депардье. После «Сирано» Санье получила роль в телесериале «Семья Фонтен» (1992). Дублировала роли в фильмах «Моя девочка» и «Леон». Не планируя стать профессиональной актрисой, она прошла класс актёрского мастерства в консерватории. Но окончив школу и поступив в Сорбонну на филологическое отделение, уже в университете приняла участие в студенческой постановке.

2003 год стал удачным для Людивин Санье — она исполнила ведущие роли сразу в трёх картинах: «Знаки страсти», «Малышка Лили» и «Питер Пэн». В 2006 году она сыграла в одной из новелл киноальманаха «Париж, я люблю тебя». В 2007 году актриса сыграла в таких фильмах, как «Мольер» (режиссёр — Лоран Тиран), «Девушка, разрезанная надвое» (режиссёр — Клод Шаброль), «Семейная тайна» (режиссёр — Клод Миллер), «Все песни только о любви» (режиссёр — Кристоф Оноре). За работу в картине «Семейная тайна» Людивин Санье была номинирована на национальную кинопремию «Сезар».

В 2004 году на съёмках фильма «Авантюра» у Людивин Санье начался роман с актёром Николя Дювошелем. В 2005 году у пары родилась дочь Бонни, однако вскоре актёры расстались. 12 января 2009 года актриса родила вторую дочь, Ли-Лан, от нынешнего спутника жизни — режиссёра Кима Шапирона.