Fille de Jean-Pierre Cassel et demi-sœur de Vincent Cassel, Cécile Cassel, très vite attirée par la comédie, suit des cours d'art dramatique au sein de la Compagnie des Sales Gosses.
Elle débute à la télévision dans
Le Grand Patron aux côtés de Francis Huster, alors qu'elle n'a que 18 ans, et obtient son premier rôle au cinéma dans
Vivante, où elle joue avec Vahina Giocante. En 2002, on l'aperçoit dans
La Bande Du Drugstore de François Armanet.
Mais c'est en jouant dans le dernier épisode de
Sex And The City, puis dans
Nous étions Libres dans lequel elle a pour partenaires Charlize Theron et Penelope Cruz, que Cécile Cassel conquiert le public américain.
En 2005, elle interprète Clémence dans
Ma Vie En L'Air, la comédie de Remy Bezancon, avant d'apparaître en 2006 dans
Ô Jerusalem d'Elie Chouraqui. Elle tourne par la suite en 2007 avec Eric Rohmer dans
Les Amours D'Astrée Et De Céladon et avec Rémi Bezançon dans
Le Premier Jour Du Reste De Ta Vie.
2010 offre à
Cécile Cassel un rôle à la hauteur de ses talents (la danse et le chant) à travers la comédie musicale d'Audrey Estrougo
Toi, Moi, Les Autres.... La même année, la jeune comédienne tourne pour Ange Leccia et Alain Tasma avec
Nuit Bleue et
Sous Un Autre Jour
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