Florence Loiret Caille débute sa carrière à la fin des années 1990 au théâtre et au cinéma, devenant rapidement une figure régulière du cinéma d’auteur français sous la direction de cinéastes comme Claire Denis, Jérôme Bonnell et Sólveig Anspach. Entre 2015 et 2020, elle se fait connaître d’un plus large public en incarnant Marie-Jeanne Duthilleul dans la série d’espionnage Le Bureau des légendes. En 2024, elle poursuit son parcours sur les écrans en apparaissant dans les longs-métrages Borgo et La Tête froide, ainsi que dans la série dramatique La Maison. Parallèlement à l’image, elle prête sa voix à des documentaires et enregistre des livres audio, une activité pour laquelle elle obtient le Prix Ginkgo en 2022.