Passionnée de théâtre, Cécile de France joue dans de nombreuses pièces en amateur. A partir de 1990, elle prend des cours de comédie avec Jean-Michel Frère, puis elle quitte la Belgique pour s'exiler à Paris. Elle suit les cours de l'école de la Rue Blanche où elle est remarquée par Dominique Besnehard.
Ayant fait ses premières armes dans plusieurs courts-métrages et téléfilms, elle se fait connaître du grand public avec L'art (délicat) de la séduction (2000), dans le quel Richard Berry lui offre le rôle d'une jeune femme irrésistible pour l'amoureux Patrick Timsit. Suivent Irène (Ivan Calberac, 2002) et surtout L'auberge espagnole (Cédric Klapisch, id.), où elle incarne une lesbienne désopilante de naturel. Le film est un énorme succès et lui apporte tout à la fois une nouvelle notoriété et deux récompenses : César du meilleur espoir féminin, elle obtient aussi le prix Louis Lumière pour sa prestation. Elle tient également le rôle principal d'A+ Pollux (Luc Pagès, 2001) et enchaîne les comédies populaires comme La confiance règne (Etienne Chatiliez, 2004) dans lequel elle interprète une " cht'i " irrésistible. Après une incursion aux Etats-Unis dans une version enlevée du Tour du monde en 80 jours (Frank Coraci, 2003), aux côtés de Jackie Chan et de Schwarzenegger, elle retrouve Klapisch pour Les poupées russes en 2004. Elle y ré endosse le personnage d'Isabelle pour une suite remarquée de L'auberge espagnole, et reçoit une nouvelle statuette du meilleur second rôle féminin. A l'affiche du film choral de Danièle Thompson Fauteuils d'orchestre (2005), elle incarne une jeune provinciale candide fraîchement débarquée dans la capitale et amenée à côtoyer de nombreuses personnalités du monde de l'Art. Sa prestation lui vaut une nouvelle nomination aux Césars en tant que meilleure actrice, catégorie dans laquelle elle est aussi sélectionnée pour son interprétation d'une jeune femme un peu perdue qui s'amourache d'un chanteur de bal (joué par Gérard Depardieu) dans Quand j'étais chanteur de Xavier Giannoli (2006).
Désormais très sollicitée par les réalisateurs, Cécile de France participe en 2006 à Mon colonel mis en scène par Laurent Herbier. Elle est en 2007 à l'affiche notamment de l'adaptation par Claude Miller du roman de Philippe Grimbert, Un secret, aux côtés de Patrick Bruel.
Cécile de France tourne dans de nombreux courts-métrages et dans quelques téléfilms, notamment Nana d'Edouard Molinaro en 2001. Elle participe en 2006 à la série de France 2 consacrée à Maupassant.
A ses débuts, on la retrouve régulièrement sur les planches : Electre en 2000, mis en scène par Claudia Stavisky, ou encore Mademoiselle Julie de Strindberg en 2001.
Elle semble désormais se consacrer davantage au grand écran.
1997 | Tous nos voeux de bonheur | Jean-Pierre Améris |
2000 | Bon appétit ! | Patrice Bauduinet |
2000 | Dernier rêve (Le) | Emmanuel Jespers |
2000 | Mariage en papier (Le) | Stéphanie Duvivier |
2002 | Loup ! | Zoé Galeron |
2003 | Nuit du 6 au 7 (La) | Patrice Bauduinet |
1999 | Toutes les nuits | Eugène Green |
2000 | Art (délicat) de la séduction (L') | Richard Berry |
2000 | Regarde-moi (en face) | Marco Nicoletti |
2001 | A + Pollux | Luc Pagès |
2001 | Auberge espagnole (L') | Cédric Klapisch |
2001 | Irène | Ivan Calbérac |
2002 | Haute tension | Alexandre Aja |
2002 | Kaena, la prophétie | Chris Delaporte, Pascal Pinon |
2002 | Moi, César, 10 ans 1/2, 1 m 39 | Richard Berry |
2003 | Around the World in Eighty Days Le Tour du monde en quatre-vingts jours | Frank Coraci |
2003 | Cars | John Lasseter, Joe Ranft |
2003 | Confiance règne (La) | Etienne Chatiliez |
2004 | Poupées russes (Les) | Cédric Klapisch |
2005 | Blanche-Neige, la suite | Picha, Laurent Bounoure |
2005 | Fauteuils d'orchestre | Danièle Thompson |
2005 | J'aurais voulu être un danseur | Alain Berliner |
2005 | Mauvaise foi | Roschdy Zem |
2005 | Quand j'étais chanteur | Xavier Giannoli |
2006 | Animaux amoureux (Les) | Laurent Charbonnier |
2006 | Mon colonel | Laurent Herbiet |
2006 | Où est la main de l'homme sans tête ? | Stéphane Malandrin, Guillaume Malandrin |
2006 | Un secret | Claude Miller |
2007 | Mesrine : L'instinct de mort | Jean-François Richet |
2008 | Soeur Sourire | Stijn Coninx |
2009 | Gardiens de l'ordre | Nicolas Boukhrief |
2009 | Hereafter Au-delà | Clint Eastwood |
2010 | Cars 2 | Brad Lewis, John Lasseter |
2010 | Gamin au vélo (Le) | Jean-Pierre Dardenne, Luc Dardenne |
2010 | Un baiser papillon | Karine Silla Pérez |
2011 | Superstar | Xavier Giannoli |
2012 | Casse-tête chinois | Cédric Klapisch |
2012 | Möbius | Eric Rochant |
2014 | En équilibre | Denis Dercourt |
2015 | Voyage de Fanny (Le) | Lola Doillon |
2016 | Cars 3 | Brian Fee |
2016 | Django | Etienne Comar |
2016 | Otez-moi d'un doute | Carine Tardieu |
2017 | Mademoiselle de Joncquières | Emmanuel Mouret |
2018 | Chambord | Laurent Charbonnier |
2018 | Rebelles | Allan Mauduit |
2018 | Un monde plus grand | Fabienne Berthaud |
2019 | De son vivant | Emmanuelle Bercot |
2019 | Illusions perdues | Xavier Giannoli |
2020 | Jeunes amants (Les) | Carine Tardieu |