En 1975, Cécile de France vient au monde à Andenne, où elle grandira. Ses parents habitent d’ailleurs toujours dans la région. Dès son plus jeune âge, ses talents d’actrice se révèlent et pour mettre toutes les chances de son côté, elle monte à Paris à l’âge de 17 ans pour suivre des cours de théâtre. Elle est ensuite reçue à l’Ecole Nationale Supérieure des Arts et des Techniques du Théâtre à Lyon, dont elle sort diplômée en 1998.
À partir de là, tout s’enchaîne très vite pour l’actrice belge puisqu’elle est repérée par Richard Berry qui lui offre son premier rôle au cinéma dans L’Art (délicat) de la séduction. S’ensuivent alors différentes pièces de théâtre et des petits rôles jusqu’à la consécration avec le film L’Auberge espagnole (2002) dans lequel le public la découvre sous les traits d’Isabelle. Le film lui vaut même le César du Meilleur Espoir féminin. Deux ans plus tard, l’équipe du film remet le couvert avec Les Poupées russes et Cécile de France décroche cette fois le César du Meilleur Second rôle féminin.
Depuis, l’actrice enchaîne les films, les plus connus du grand public étant Le gamin au vélo des Frères Dardenne, Sœur Sourire ou Le Tour du Monde en quatre-vingts jours. En 2011, elle tourne même sous la direction de Clint Eastwood aux côtés de Matt Damon dans Au-delà.