Wiazemsky pertama kali terlibat dalam bidang lakonan pada usia 18 tahun, memegang watak sebagai Marie, watak utama dalam filem oleh Robert Bresson bertajuk Au Hasard Balthazar (1966) setelah diperkenalkan ke Bresson oleh pelakon Florence Delay. Filem ini ditayangkan perdana di Festival Filem Venice 1966 di mana beliau memenangi Anugerah OCIC (Organisasi Katolik Internasional untuk Sinema), Anugerah San Giorgio, dan Anugerah Perfileman Baru.[5] Sejak itu filem ini telah dicatat oleh pengkritik sebagai salah satu filem terhebat sepanjang masa.[6][7]

Wiazemsky kemudian menjadlin hubungan dengan Jean-Luc Godard, dan berkahwin dengannya setahun kemudian, pada 1967. Beliau membintangi beberapa filemnya, termasuk La Chinoise (1967), Week End (1967), dan One Plus One (1968). Pada 1980-an, beliau mula bekerja di belakang tabir. Pada 1994, beliau menulis lakon layar untuk Go Home, yang dibintangi oleh Claire Denis pada 1960-an. Beliau mula mengarahkan filem dokumentari.[8]

Selain bekerja dalam bidang lakonan, Wiazemsky juga menulis beberapa novel, termasuk Canines (1993), Une Poignée de Gens (1998), dan Aux Quatre Coins du Monde (2001). Karyanya yang berjudul Hymns to Love diadaptasi sebagai filem pada 2003 dengan tajuk All This Fine Promises. Filem ini diarahkan oleh Jean-Paul Civeyrac dan dibintangi oleh Valérie Crunchant serta Bulle Ogier. Novelnya yang berjudul Jeune Fille (2007) ditulis berdasarkan pada pengalamannya membintangi filem Au Hasard Balthazar. Pada tahun 2015, beliau menulis novel dengan tajuk Un An Après (“Setahun Sejak Itu”), yang menceritakan pengalamannya waktu pembikinan filem La Chinoise ketika hubungannya dengan Godard renggang. Novel ini kemudian dijadikan sebagai filem cereka dengan tajuk Le Redoubtable yang diarahkan oleh Michel Hazanavicius dan Wiazemsky dan dilakonkan oleh Stacy Martin.[9][10]