Lou Doillon (* 4. September 1982 in Neuilly-sur-Seine) ist eine französische Schauspielerin und Sängerin.
Lou Doillon ist die Tochter des französischen Regisseurs Jacques Doillon und der englischen Schauspielerin und Sängerin Jane Birkin. Ihre Halbschwestern sind die Schauspielerin Charlotte Gainsbourg und die Fotografin Kate Barry. Neben ihrer Filmarbeit ist Lou Doillon auch als Model tätig. 2002 brachte sie im Alter von 19 Jahren einen Sohn Marlowe Jack Tiger Mitchell zur Welt, dessen Vater der Musiker John Ulysses Mitchell ist. 2012 nahm sie das Album Places mit selbst komponierten und getexteten Liedern auf, das in Frankreich Platz 3 der Charts erreichte. 2019 erschien Ihr Album Soliloquy, aus dem Französischen übersetzt bedeutet dies Selbstgespräch.
Doillon lebt in Paris.