Abandonou o Curso de Filosofia na Faculdade de Letras de Lisboa, para ingressar na Escola Superior de Teatro e Cinema, onde se diplomou em Teatro (Formação de Actores) (1986). Ganha projecção ao trabalhar com Jorge Listopad na peça Frei Luís de Sousa, de Almeida Garrett (Prémio de Actriz Revelação, pela APCT, 1986). Desde aí colaborou com outros encenadores, como Mário Feliciano, Orlando Neves, Carlos Avilez, Gastão Cruz, José Wallenstein, Rogério de Carvalho ou João Lourenço, que a dirigiu na sua última experiência teatral, Fernando Krapp escreveu-me esta Carta, de Tanked Dorst (1997). Interpretou autores como Anton Tchekov, Pier Paolo Pasolini, Aristófanes, Botho Strauss, David Mamet, Jorge de Sena, entre outros.

Tornou-se uma das mais populares actrizes portuguesas através da televisão. Começou por aparecer na série infatil Rua Sésamo (1990), passando depois por novelas e séries, como A Banqueira do Povo (1993), Cabaret (1994), Não és homem, não és nada! (1999), Querido Professor (2000), Fúria de Viver (2002), Ana e os Sete (2003) (Globo de Ouro de Melhor Actriz de TV, 2003), ou mais recentemente, Tempo de Viver (2006) e Ninguém como Tu (2005), onde a sua presença valeu grandes níveis de audiências. Também para a televisão, apresentou alguns programas, como o polémico Na Cama Com… (1993).

No cinema destacou-se nas longas-metragens de Fernando Lopes, O Delfim (2002) (Globo de Ouro de Melhor Actriz de Cinema) e Lá Fora (2004), onde fez par com Rogério Samora. Protagonizou ainda A Mulher Que Acreditava Ser Presidente dos EUA (2003), de João Botelho. Foi dirigida por outros cineastas, como Teresa Villaverde, João Mário Grilo, António Pedro Vasconcelos, João César Monteiro, João Canijo, Leonel Vieira ou Manuel Mozos.

Foi casada com o actor Virgílio Castelo e com o produtor de televisão holandês Piet-Hein Bakker, entre 1994 e 2003, tendo dois filhos do último casamento: Margarida (1996) e Catarina (1998). Outra curiosidade é que ela é meio-irmã da jornalista Ana Ribeiro e prima da escritora Inês Pedrosa. Em 2007 o The Biography Channel dedicou a Alexandra Lencastre um documentário biográfico, exibido em Abril de 2010.