Florence Loiret-Caille pasó buena parte de su infancia en Indonesia, donde su padre, geólogo de profesión, trabajaba en la industria del petróleo. De vuelta en París, decidió que quería ser actriz, para ello estudió arte dramático en el conservatorio nacional Saint-Germain-en-Laye, donde brilló como una de las alumnas más prometedoras de su quinta. En 1996 se puso por vez primera delante de la cámara, en el corto Seule, de Erick Zonca, y no pasó ni un año antes de que debutase en el mundo del largo con Le septième ciel. Poco a poco se consagra como una de las actrices más prometedoras del cine galo gracias a Código desconocido, Une aventure, Je l´amais, por la que logra una nominación al Cesar a la mejor actriz revelación, que le arrebata Mélanie Thierry, o Los canallas (Les salauds), entre otros títulos.