Amber Heard, 30 anos, apresentou o pedido de divórcio e de pensão contra Depp, 52, em um tribunal de Los Angeles na segunda-feira, segundo documentos publicados pelo site de celebridades TMZ.
O pedido foi apresentado dois dias após a morte de Betty Sue Palmer, mãe de Johnny Depp.
A revista People, que também obteve uma cópia dos documentos do divórcio, revelou que Heard alegou "diferenças irreconciliáveis" com Depp.
O casal, que não teve filhos, chamou a atenção dos australianos durante meses, após Amber e Depp serem detidos na Austrália por introduzir ilegalmente seus dois cães no país.
A atriz se declarou culpada no mês passado por falsificação de documentos relativos aos animais, ao chegar à Austrália em um voo privado, enquanto Depp rodava o quinto filme de Piratas do Caribe.