Debutta in televisione nel 1984 in uno spot televisivo: è il primo di una lunga serie (arriveranno ad essere una ventina).
Nel 1985 esordisce sul grande schermo con il film Colpo di fulmine, regia di Marco Risi, ottenendo una nomination al Nastro d'Argento come migliore attrice esordiente. Seguono, tra gli altri: Maramao (1987), opera prima di Giovanni Veronesi, 32 dicembre (1988), diretto da Luciano De Crescenzo. Nel 1994 è protagonista, insieme a Lorenzo Flaherty, del film La ragazza di Cortina, diretto da Maurizio Vanni, e lo stesso anno la vede protagonista anche del film Dietro la pianura, diretto da Paolo Girelli e Gerardo Fontana, in cui recita accanto a Claudio Bisio e Remo Girone. Altro ruolo importante è quello in Italiani (1996) di Maurizio Ponzi, dove interpreta una giovane amante frustrata, insieme a Giuliana De Sio, Giulio Scarpati, Lorenzo Crespi e Maria Grazia Cucinotta.
Diventa nota al pubblico televisivo nel 1988, quando partecipa alla miniserie tv Don Tonino, che vede tra i protagonisti Andrea Roncato e Gigi Sammarchi. Sempre in televisione partecipa alla La Piovra 4 (1989) e La Piovra 5 (1990), entrambe dirette da Luigi Perelli.
Nel 1991 viene scelta da Giorgio Strehler per interpretare il ruolo di Hilde nella Donna del mare di Henrik Ibsen, al Piccolo Teatro di Milano, a cui fanno seguito la commedia satirica In caso di matrimonio rompere il vetro di Fabio L. Lionello, e Nella città l'inferno, tratta dall'omonima sceneggiatura di Suso Cecchi d'Amico, regia di Dacia Maraini
Nel 1993 è tra i protagonisti del film Abbronzatissimi 2 - un anno dopo, dove è affiancata da Pier Maria Cecchini. Nel 1998 affianca Enzo Iacchetti e nuovamente Pier Maria Cecchini nel film per la TV Come quando fuori piove, in cui è la protagonista femminile. L'anno seguente interpreta una spregiudicata Rossella O'Hara moderna, accanto a Carlo Cecchi e Giancarlo Giannini, nel film Milonga.
Da quel momento in poi segue una carriera composta quasi completamente da fiction televisive e spettacoli teatrali. Nel 2000, dopo un'esperienza cinematografica in Francia, torna in Italia per girare la soap opera Ricominciare, trasmessa su Rai Uno e la fiction Gioco a incastro, sotto la regia di Enzo G. Castellari. Nel 2001 è la protagonista della quarta stagione della celebre serie tv Incantesimo, diretta da Alessandro Cane e Leandro Castellani, dove interpreta la dottoressa Paola Duprè, ruolo che le porta non solo un grande successo ma anche due premi: la Grolla d'oro come miglior attrice e il premio televisivo al Festival di Salerno.
Dopo l'uscita da Incantesimo entra nel cast della soap opera CentoVetrine, in onda su Canale 5, dove interpreta il ruolo di Claudia Corelli, un personaggio molto amato dal pubblico. Nel 2005 interpreta un altro ruolo molto importante e complesso, quello del magistrato Simona Federici nella terza stagione della miniserie Sospetti, diretta da Luigi Perelli e trasmessa su Rai Uno, con Sebastiano Somma.
Successivamente è Margherita Scano nella serie di successo, Gente di mare, insieme a Lorenzo Crespi e nella miniserie Pompei ieri, oggi, domani, girata in inglese e diretta da Paolo Poeti. Dopo una seconda esperienza in Francia, stavolta televisiva, rientra in Italia per partecipare in due film per il cinema: L'uomo privato (2007), regia di Emidio Greco e Principessa (2009), regia di Giorgio Arcelli. Inoltre entra nel cast della seconda stagione di Butta la luna, regia di Vittorio Sindoni, nella quale interpreta il ruolo brillante e perfido di Alessandra Morabito, detta Sandra, moglie del protagonista Luca Ferrari, interpretato da Roberto Farnesi. Tra dicembre 2009 e gennaio 2010 è "Lea Graner" nella quarta stagione della fiction di grandissimo successo Un caso di coscienza su Rai Uno.
Contemporaneamente con tutti i suoi lavori televisivi, Vanessa Gravina recita in vari spettacoli teatrali, tra cui La signorina Giulia di Armando Pugliese e Vestire gli ignudi di Walter Manfrè.