Né en 1977. Caroline Ducey a suivi une scolarité normale avant d’intégrer le Conservatoire de Marseille où elle débute sa formation de comédienne. L’actrice décroche son premier rôle au cinéma dans
Trop De Bonheur (1994) de Cédric Kahn en 1984.
Caroline accède à la notoriété en 1999 grâce au sulfureux
Romance X (1998) de Catherine Breillat, dans le rôle de Marie, jeune femme frustrée par la vie sexuelle inexistante qu'elle mène avec son amant, et qui, de bras en bras, va finir par enfin connaître la jouissance. Elle décroche pour cette audacieuse composition une nomination au César du Meilleur espoir.
Caroline Ducey se fait également remarquée dans
Carrement A L'Ouest de Jacques Doillon en 2001.Après le drame moyenâgeux
La Chambre Obscure, elle parcourt les Alpes dans
La Cage (2002) puis traverse les steppes d’Asie centrale dans
Shimkent Hôtel en 2002.
En 2006, l’actrice française est à l’affiche de
La Californie aux côtés de Nathalie Baye.