Nata a Roma nel 1962, dopo aver frequentato l'Accademia d'Arte Drammatica - dove ha conosciuto il marito attore e regista Sergio Rubini con il quale condividerà e condivide gli esordi e la carriera, e dopo una serie di spettacoli per il palcoscenico, la Buy debutta sul piccolo schermo nel film tv Flipper di Andrea Barzini, accanto a Christian De Sica e Alessandro Haber in un piccolo ruolo. Il vero successo lo troverà nella pellicola di Daniele Luchetti Domani accadrà (1988), con il quale lavorerà anche in La settimana della sfinge (1990) e Arriva la bufera (1993).
Nel 1990, è diretta dal marito nella sua opera prima da regista: La stazione, dove reciterà il ruolo della disillusa Flavia, una ragazza in fuga dall'amore, che le farà vincere il primo di innumerevoli David di Donatello come miglior attrice protagonista, nonché il Nastro d'Argento nella stessa categoria. Musa di Giuseppe Piccioni, così come per Sergio Rubini, stringerà con l'autore un profondo e proficuo sodalizio artistico a partire da Chiedi la luna (1991) con Giulio Scarpati e Roberto Citran, Condannato a nozze (1993), Cuori al verde con Giulio Scarpati e Gene Gnocchi (1996), ma soprattutto l'intenso Fuori dal mondo (1999) che le farà guadagnare il suo secondo David come miglior attrice protagonista nel ruolo di Suor Caterina, una religiosa che si trova casualmente un bambino abbandonato fra le braccia e vorrebbe adottarlo diventandone la madre.
Nonostante la sua presenza sia formidabile nei ruoli "schiacciati" fra i desideri personali e le regole sociali, e quindi nelle pellicole drammatiche, è altrettanto fantastica nelle commedie, come dimostra ampiamente nel film campione dei box office italiani Maledetto il giorno che t'ho incontrato (1992) di Carlo Verdone dove si destreggia fra fobie, ansie e ipocondrie del suo personaggio, l'attrice Camilla (quasi un suo altro Io), emergendo come una perfetta dosatrice anche di tempi comici al limite della perfezione.
Seppur divorziata da Rubini dal 1993, continuerà a recitare al suo fianco nei ruoli di amante e moglie in pellicole da lui dirette (Prestazione straordinaria, Tutto l'amore che c'è), affidandosi anche all'occhio di grandi autori come il Mario Monicelli di Facciamo paradiso (1995). Cristina Comencini sceglie il suo volto per la trasposizione cinematografica dell'omonimo best seller di Susanna Tamaro Va' dove ti porta il cuore (1996), mentre Ferzan Ozpetek le offrirà uno dei ruoli più belli della sua carriera, quello della vedova Antonia, tradita dal marito bisessuale e rivale in amore dell'omosessuale Stefano Accorsi nel film cult Le fate ignoranti (2001) che le ha permesso di vincere il Nastro d'Argento come miglior attrice protagonista. Sempre Ozpetek la sceglie per il suo Saturno Contro.
La Comencini sceglie ancora una volta il suo malinconico viso per portare sullo schermo la sceneggiatura de Il più bel giorno della mia vita (2002), dove divide il set con altri grandi nomi del cinema italiano. Ed è ancora la Comenicini a dirigerla, questa volta sul palcoscenico, in Due partite (2006) con Isabella Ferrari, Valeria Milillo e Marina Massironi.
