Figlia di una dinastia di danzatori e di un padre coreografo, studiò danza a Parigi, finché il padre, Filippo Taglioni, non prese personalmente la direzione della sua formazione, infliggendole sessioni massacranti, ma dagli strepitosi risultati. Dopo il debutto sulle scene a Vienna nel 1822, arrivò a Parigi nel 1827. Il trionfo parigino all'Opéra di Parigi arrivò nel 1832, con La Sylphide, coreografia creata per lei da suo padre nella quale, sulla base della tecnica ballettistica italiana che associava il rapido gioco delle gambe a movimenti lenti del busto e delle braccia, comparivano insieme le due grandi innovazioni del balletto romantico - il tutù e la danza sulle punte. Fu lei ad introdurre anche l'acconciatura à bandeaux che divenne poi tipica della danzatrice classica. Nello stesso anno si sposò con il Conte Gelbeit de Voisins, ma il matrimonio durò soltanto tre anni. Osannata in tutta Europa (fu tra l'altro tra il 1837 e il 1839 l'étoile del Teatro di San Pietroburgo), continuò a danzare fino ad un'età, per l'epoca, molto avanzata: quando si ritirò, nel 1848, aveva 44 anni. Il padre, che era stato l'artefice della sua fortuna artistica, fu anche il responsabile della sua rovina economica, mandandola in bancarotta con le sue speculazioni sbagliate. La Taglioni dovette così riprendere a guadagnarsi la vita dando lezioni di danza e portamento a Parigi e a Londra. Morì in miseria, ottantenne, a Marsiglia e là fu sepolta, finché il figlio Georges Gilbert Des Voisins non la fece trasferire nella tomba di famiglia al Père-Lachaise. Le è stato dedicato un cratere di 31 km di diametro su pianeta Venere.