Entrée en 1974 à la Comédie-Française, Béatrice Agenin joue les grands rôles du répertoire, dont Chimène, Hermione, Célimène, Elvire, la Reine de Ruy Blas, Camille de On ne badine pas avec l’amour… Elle devient Sociétaire en 1979, travaille avec Roger Planchon, Jorge Lavelli et Patrice Kerbrat notamment, mais c’est sa rencontre avec Jean-Paul Roussillon, qui la dirige dans Le Jeu de l’amour et du hasard, qui sera déterminante.

Elle quitte la Comédie-Française en 1984 et rejoint le Théâtre Privé sous la direction de Stephan Meldegg, Robert Hossein, Stéphane Hillel, Pierre Constant ou encore Bernard Murat. Jean-Paul Belmondo l’engage pour jouer Roxane dans Cyrano de Bergerac, et Jean-Pierre Cassel lui confie le rôle de Martha dans Qui a peur de Virginia Woolf (nomination aux Molières dans la catégorie meilleure actrice). Elle crée sa compagnie et met en scène cinq spectacles dont Les Femmes savantes (nomination pour la meilleure mise en scène) avec Dominique Blanchar, qui obtient, sous sa direction, le Molière de la meilleure actrice. En 2017, elle joue La Louve, de Daniel Colas, au Théâtre La Bruyère (nomination pour la meilleure actrice).

Parallèlement au théâtre, elle tourne depuis ses débuts au cinéma et à la télévision avec Alain Cavalier, Pierre Granier-Deferre, Claude Pinoteau, Régis Wargnier, Gérard Oury, Alexandre Arcady, Michel Blanc, Claude Lelouch, Edouard Molinaro ou encore Marcel Bluwal.

Elle est « Reine » dans la série télévisée Une famille formidable de Joël Santoni, aux côtés de Anny Duperey et Bernard Lecoq.

Elle joue actuellement dans la série Cassandre : La Procureure et a achevé le tournage du film Rebelles, de Allan Mauduit.

Au dernier Festival d’Avignon, elle a joué Marie des Poules, gouvernante chez George Sand ainsi qu’une reprise de Suite française, au Théâtre du Balcon. Suite française, mis en scène par Virginie Lemoine,  joué au Théâtre La Bruyère en septembre 2019.