Dcera geologa a učitelky francouzštiny se narodila 26. června 1975 v Indonésii. Po návratu do Francie začala studovat herectví na konzervatoři v Saint-Germain-en-Laye. V roce 1994 díky svému profesorovi Paulu Lerovi krátce spolupracovala s Ariane Mnouchkine, zakladatelkou známého avantgardního divadla Théâtre du Soleil. Od roku 1994 hrála v téměř čtyřech desítkách filmů, včetně krátkometrážních, televizních a několika francouzských seriálů. Na divadelních prknech se objevila třeba v Théâtre National de Chaillot v Paříži.
Florence Loiret-Caille byla dlouhou dobu „královnou" vedlejších rolí a souzeny jí byly povětšinou postavy impulzivních nebo podváděných dívek, které se zamilovávaly do těch nesprávných mužů. Od roku 2000 se Florence začala objevovat ve filmech velkých režisérských jmen, i když zatím jen v malých rolích. Zahrála si v mnohovrstevnatém filmu KÓD NEZNÁMÝ (2000) Michaela Hanekeho, objevila se i v Hanekeho postapokalyptické vizi ČAS VLKŮ (2003). Do širšího povědomí nepochybně vstoupila scénou brutálního znásilnění spojenou s následným požíráním zaživa, které měl na svědomí Vincent Gallo, to vše ve filmu Claire Denis MILUJU TĚ K SEŽRÁNÍ (2001). Nutno podotknout, že scénu shlédne celou asi jen málokdo. V krátké scénce z baru se Florence mihne i v Denisině filmu VENDREDI SOIR (2002). Denis jí pak obsadila i do o poznání serióznější role Antoinette, celnice na francouzsko-německém pomezí ve filmu L'INTRUS (2004).
Dvorním režisérem se stal pro mladou francouzskou herečku Jérôme Bonnell, který jí obsadil hned do trojice svých filmů - LE CHIGNON D'OLGA (2002), J'ATTENDS QUELQU'UN (2007) a zatím naposledy hrála v Bonnellově dramatu LA DAME DE TRÈFLE (2009), kde se zhostila role divoké dívky Argine, která pomáhá svému bratrovi zakrýt stopy po vraždě. Ve filmu JEDINÁ NOC (2005) režiséra Xaviera Giannoliho se Florence objevila v roli Cécile, kde jí pro změnu podvádí její přítel s náměsíčnou a záhadnou dívkou (Ludivine Sagnier). Za zmínku stojí i role Chloé v Breitmanově adaptaci románu Anny Gavaldy JE L'AIMAIS (2009), za kterou byla v roce 2010 nominována na hereckou cenu Césara.
Mezi zatím největší role Florence Loiret-Caille patří „lachtaní" komedie QUEEN OF MONTREUIL (2013) nebo učitelka němčiny Isabelle, která se zamiluje do místního zlodějíčka v debutu režisérky Sarah Leonor AU VOLEUR (2009). Florence si zde zahrála po boku Guillaume Depardieu, který tragicky zemřel krátce po dokončení filmu. V ne zcela povedeném rurálním dramatu Johna Shanka POSLEDNÍ ZIMA (2012) se Florence objevila v (pro svou náturu „typické") roli psychicky nemocné sestry hlavního hrdiny a je třeba podotknout, že její civilní herectví celý film trochu pozvedává z průměru.