Narodila se v Paříži jako dcera divadelního režiséra Jean-Marie Serreau a herečky Geneviève Serreau. V Paříži Coline studovala literaturu, hudbu a divadlo, stejně jako cirkusové dovednosti.
Jejím největším komerčním úspěchem byl komediální film Trois hommes et un couffin (1985), za který získala v roce 1986 tři ceny Césara. Snímek byl také nominován na Oscara za nejlepší cizojazyčný film.
V roce 1986 mělo světovou premiéru její první divadelní drama „Lapin Lapin“ v režii Benno Bessona. S Bessonem spolupracovala několik let a také inscenovali „Le théâtre de verdure“ (1987) a „Quisaitout et Grobêta“ (1993).
V roce 1996 natočila snímek La belle verte, který se dívá na obyvatele planety Země „normálníma“ očima a akcentuje tak živoření jejich obyvatel, které je náhradou za plnohodnotné žití. Snímek je často označován jako neoficiálně zakázaný.