Marilou Berry s’impose comme l’une des révélations de l’année 2004 grâce à deux rôles d’adolescentes complexées, qui trouvent leur salut dans la musique : Hannah, féministe avant l’heure et virtuose de la contrebasse, dans La Première fois que j’ai eu 20 ans de Lorraine Lévy, et Lolita, jeune fille férue d’art lyrique écrasée par la notoriété de son père éditeur dans Comme une image d’Agnès Jaoui. Ce film remporte le Prix du Scénario à Cannes et lui vaut l’Étoile d’Or pour la Révélation Féminine et une nomination au César du Meilleur Espoir Féminin. Elle rejoint ensuite la distribution d’Il était une fois dans l’Oued de Djamel Bensalah, tourne avec HPG On ne devrait pas exister, puis part en colonie de vacances en compagnie d’Olivier Nakache et Éric Toledano dans Nos jours heureux. Elle est par ailleurs dirigée par Philippe Barassat et engagée par Sophie Marceau dans La Disparue de Deauville. Elle tourne à nouveau avec Josiane Balasko dans Cliente et incarne le personnage principal de la comédie noire Vilaine de Jean-Patrick Benes et Allan Mauduit pour laquelle elle obtient une seconde nomination aux César. Elle embarque ensuite pour La Croisière insolite de Pascale Pouzadoux et forme un quatuor gagnant aux côtés de Nathalie Baye, Audrey Fleurot et Corinne Masiero dans Les Reines du ring de Jean-Marc Rudnicki. Elle tient ensuite le rôle-titre de Joséphine d’Agnès Obadia, d’après la bande-dessinée de Pénélope Bagieu dont elle signe une suite comme scénariste et réalisatrice : Joséphine s’arrondit. Entretemps, elle se met au service de Pascal Thomas pour Valentin Valentin et de Dominique Farrugia pour Sous le même toit. Elle devient récemment la vedette des Nouvelles Aventures de Cendrillon de Lionel Steketee, parodie du conte de Charles Perrault. Au théâtre, Marilou Berry interprète Les Monologues du vagin d’Ève Ensler et connaît un triomphe public avec Toc toc, comédie décapante de Laurent Baffie pour laquelle elle reçoit le Molière de la Révélation Théâtrale. Mise en scène par Josiane Balasko dans Tout le monde aime Juliette au Splendid Saint-Martin, elle monte également sur les planches du Théâtre Marigny pour jouer la pièce L’Amour, la mort, les fringues de Nora et Delia Ephron sous la direction de Danièle Thompson. Sur le petit écran, elle prête ses traits à l’héroïne de La Volière aux oiseaux d’Olivier Guignard et au personnage de Boule de Suif de Philippe Berenger dans la collection Chez Maupassant. Elle tient également les rôles principaux des séries  Merlin de Stéphane Kappes avec Gérard Jugnot, Accusé de Mona Achache et Mystère Place Vendôme de Renaud Bertrand