女子学院高校を卒業後、劇団民芸に入り、57年に舞台「アンネの日記」の主演でデビュー。毎日映画コンクールの助演女優賞を受賞した「にあんちゃん」（59）をはじめ、日活映画で活躍する。69年からフリーで活動し、大島渚監督の「愛の亡霊」（78）では不倫相手の青年と共謀して夫を殺害する人妻を演じ、日本アカデミー賞優秀主演女優賞を受賞した。「3年B組金八先生」（79～11）、「ふぞろいの林檎たち」（83～97）といったTVドラマでも活躍。08年に舞台からは引退したが、映像作品での活動は続けている。その他の出演映画に「御法度」（99）、「折り梅」（01）、「おくりびと」（08）、「東京家族」（12）など。母は、NHK連続テレビ小説「あぐり」のモデルになった美容師の吉行あぐり。兄・淳之介は小説家、妹・理恵は詩人で、吉行自身もエッセイ「どこまで演れば気がすむの」で日本エッセイストクラブ賞を受賞している。