Lou Doillon (Neuilly-sur-Seine, 4 settembre 1982) è una modella, attrice e cantante francese.
Figlia del regista Jacques Doillon e dell'attrice Jane Birkin, debutta come attrice nel film del 1987 Kung-Fu Master, recitando al fianco della madre Jane Birkin. Tuttavia il suo primo ruoli importante lo ottiene nel film Trop (Peu) d'Amour del 1998 diretto dal padre. In seguito la Doillon reciterà anche in Mauvaises Fréquentations (Bad Company) del 1999.
Come modella, Lou Doillon è apparsa nelle campagne pubblicitarie di case di diverse case di moda, tra le quali: Missoni, Givenchy, Mango, Gap, H&M, Eres, Morgan, La Redoute, APC e molte altre. È stata testimonial anche del profumo "Eau Torride" di Givenchy oltre che della linea principale di abbigliamento, mentre per la maison La Redoute oltre a posare ha disegnato una linea di vestiti insieme a sua madre Jane Birkin. La Doillon inoltre ha sfilato per importanti case di moda come Hermés e Missoni ed è stata fotografata sulle copertine di riviste come: Harper's Bazaar, Playboy, Marie Claire, L'Officiel, D e altre ancora.
È inoltre comparsa nell'edizione del 2007 del calendario Pirelli. Sempre dal 2007 Lou Doillon collabora anche con il marchio di jeans Lee Copeer. Attualmente è sotto contratto con l'agenzia di moda IMG Models.
Tra gli altri film a cui ha preso parte, vi sono Saint Ange di Pascal Laugier e Go Go Tales di Abel Ferrara.
È apparsa nel ruolo di se stessa nel primo episodio della quarta stagione della serie televisiva Gossip Girl.
Dopo aver cominciato a fare musica nel 2006, nel 2012 ha pubblicato il suo primo album, Places.