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Fenella est la plus jeune fille de Maureen McCann et Michael Woolgar.
Elle a vécu dans sa jeunesse aux États-Unis dans le Connecticut avant que sa famille ne revienne au Royaume-Uni en 1976. Son père étant économiste, ils voyagèrent souvent.
Après avoir obtenu son diplôme à la RADA en 1999, elle joua principalement dans des pièces de théâtre à Manchester et enchaîna après une pause, avec le film de Stephen FryBright Young Things, sorti en 2002. Elle travailla avec quelques réalisateurs dont Woody Allen. En 2008, elle joua Agatha Christie dans la série télévisée Doctor Who.
Elle épouse le professeur Robert Harland en 2006. Ils ont trois enfants : Kit, née en 2007 et Tristan et Gabriel, nés en 2009. Elle aime également peindre, et parle italien.
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