Camille intègre l’école de théâtre et d’art dramatique Jean Périmony à 17 ans. Elle travaille à la sortie de l’École avec la troupe du voyageur pendant deux ans, et monte de nombreux spectacles avec les comédiens et metteurs en scène rencontrés au fil des années. Elle travaille notamment à plusieurs reprises sous la direction de Régis Santon au Théâtre Sylvia Montfort. C’est à cette occasion qu’elle rencontre Camille Chamoux, puisqu’elle joue ensemble dans Love And Fish d’Israël Horovitz.

En parallèle, elle intègre en 2012 « La troupe à Palmade » et participe à plusieurs spectacles sous la direction de Pierre Palmade. Elle rencontre Eloise Lang et Noemie Saglio à la naissance du projet Connasse dans lequel elle tient le rôle-titre. Quelques mois plus tard, Canal + achète la série, et 70 épisodes plus tard, elles tournent ensemble le long-métrage. En 2015, elle incarne l’un des personnages principaux de la série Dix pour cent qui connaitra un succès international.

Entre 2015 et 2016, Camille apparait dans différents films : Iris de Jalil Lespert, Cigarettes et Chocolat Chaud de Sophie Reine où elle tient le rôle principal féminin aux côtés de Gustave Kervern et entame sa carrière internationale avec Allied de Robert Zemeckis aux côtés de Marion Cotillard et Brad Pitt. En 2017, elle est à l’affiche du long-métrage Telle mère, telle fille de Noémie Saglio aux côtés de Juliette Binoche et Lambert Wilson et reprend son rôle dans la saison 2 de Dix pour cent.

Elle met par ailleurs en scène le seul en scène de Camille Chamoux (joué à Paris et en tournée). En 2018, on la retrouve dans la comédie d’Eloise Lang Larguées, avec Camille Chamoux et Miou-Miou ainsi que dans Photo de famille de Cécilia Rouaud aux côtés de Jean-Pierre Bacri et Vanessa Paradis, et bien sûr, dans la saison 3 de Dix pour cent. Cette année-là, elle est aussi à l’affiche de Le Mystère de Henri Pick incarnant le rôle de Joséphine aux côtés de Fabrice Luchini. On la retrouve aussi dans une création originale Canal+ Mouche dans le rôle principal.

En 2019 elle est à l’affiche du film de Vincent Mariette Les Fauves aux côtés de Lily-Rose Depp et Laurent Lafitte ainsi que dans Les Eblouis de Sarah Suco avec Jean-Pierre Darroussin et Eric Caravaca.

En 2020 et 2021, elle commence à jouer dans la série télévisée américano-britannique Killing Eve aux côtés de Sandra Oh. Elle est aux côtés de Matt Damon dans le film Stillwater de Tom McCarthy et incarne le rôle de Céline dans le long-métrage dramatique de Rachel Lang Mon légionnaire.

En 2022, on la retrouve dans House of Gucci, un film dramatique, aux côtés de Lady Gaga, Adam Driver, Jared Leto et Al Pacino. On l’a vue récemment dans A Haunting in Venice de Kenneth Branagh, film adapté du roman d’Agatha Christie puis dans le thriller britannique de Guy Nattiv avec Hellen Mirren et Liev Schreiber. Elle est également à l’affiche du film Toni en famille de Nathan Ambrosioni et du long métrage réalisé par Bruno Dumont l’Empire où elle repartage l’écran avec Lyna Khoudri, Anamaria Vartolomei et Fabrice Lucchini.

Dernièrement, en plus de son rôle en tant que maîtresse de cérémonie au 77e Festival de Cannes, elle est à l’affiche de plusieurs films cette année, notamment Quelques jours pas plus de Julie Navarro ainsi que Ni chaînes ni maîtres de Simon Moutaïrou.