Появилась на свет 20 ноября 1973 года в Южно-Сахалинске. Позже поменяла имя, данное при рождении, на более звучное Амалия, и взяла в качестве псевдонима девичью фамилию матери, педагога по профессии. Отец Мордвиновой еще до ее рождения бросил семью, и девочку воспитывал отчим Руслан Парыгин. Она окончила школу в Вологде и отправилась покорять Москву – весьма успешно: Амалия поступила и в ГИТИС, и в Щукинское училище. Правда, она метила на режиссерский факультет, но ее яркая внешность и несомненный драматический талант оценили педагоги, порекомендовав пойти на актерский. Мордвинова окончила курс Анны Казанской в «Щуке» в 1995 году. Еще студенткой она получила приглашение в Ленком. На сцене Амалия дебютировала в роли Анны Болейн в спектакле «Королевская охота». Спустя некоторое время актриса перешла в театр им. Маяковского, кроме того, играла в постановке Русской антрепризы Михаила Козакова «Бешеные деньги»
На экранах Мордвинова впервые появилась в 1993 году: она сыграла главную роль графини Призоровой, которая видит сны о будущем, о постперестроечной России, в фильме Карена Шахназарова «Сны», вызвавшем большой резонанс. На съемках актриса познакомилась со своим первым мужем, звукорежиссером Игорем Зориным. Брак с ним продлился шесть лет. Всемирную славу и признание профессионалов киноиндустрии Амалии принесла картина «Вор», номинированная на премии «Оскар», «Гойя», «Золотой лев» Венецианского кинофестиваля и отмеченная несколькими наградами «Ника». О Мордвиновой заговорили как о серьезной актрисе с большим потенциалом. Популярность в народе же она завоевала благодаря роли Евы в криминальном сериале «Охота на Золушку».
Амалия – очень разноплановая актриса. Она снимается как в сериалах, где ей обычно достаются роли девушек с непростыми судьбами и характерами («Грехи отцов», «Право на любовь», «Лебединый рай») и комедиях («День радио», «Антисекс»), так и в экранизациях классики («Без вины виноватые», Нина Павловна Коринкина), детективах («Даша Васильева 2. Любительница частного сыска: жена моего мужа»).
Кроме того, Мордвинова занимается режиссурой и продюсерской деятельностью. Она – автор и ведущая программы «Доброй охоты», выходившей на радиостанции «Эхо Москвы», ведет телепрограмму «Открытый проект» на канале ТВЦ. Не раз участвовала в проектах «Фактор страха» и «Форт Боярд». Вместе со вторым мужем, Александром Гольданским, руководила продюсерской компанией «Театральное дело Гольданскихъ».
Актриса трижды была замужем, у нее четверо детей: Диана Гольданская, Герман, Евангелина и Серафима от брака с бизнесменом Вадимом Беляевым. Свободное время актриса предпочитает проводить активно: она серьезно увлечена плаванием и любит кататься на роликах.
