Agata Buzek wurde am 20. September 1976 in Pyskowice in Polen als Tochter des späteren polnischen Premierministers Jerzy Buzek (1997 bis 2001) geboren. Sie besuchte die Aleksander-Zelwerowicz-Theaterkademie in Warschau und schloss ihr Schauspielstudium 1999 erfolgreich ab. Seither hat Buzek mit einigen der renommiertesten Filmemacher des polnischen Kinos gearbeitet, darunter Jerzy Wójcik, Krzysztof Zanussi und Andrej Wajda, in dessen allegorischer Farce "Zemsta" (Die Rache) sie an der Seite von Roman Polanski zu sehen war und für den sie im Jahr 2002 für den Polnischen Filmpreis als "Beste Nebendarstellerin" nominiert wurde.

Im gleichen Jahr spielte Buzek eine kleine Rolle in einer Folge der deutschen TV-Serie "Doppelter Einsatz" ("Verraten und verkauft") sowie in dem Fernsehspiel "Das letzte Versteck" über das Schicksal einer jüdischen Familie im Nazi-Deutschland. Mit der Titelrolle in dem psychologischen Drama "Valerie" gibt Agata Buzek 2007 ihr Debüt in einem deutschen Kinofilm.