Nata nei Paesi Bassi e amante della musica, Carice van Houten ha iniziato a dimostrare il suo talento di attrice già ai tempi del liceo. Laureata all'Academy of Fine Arts di Amsterdam, ha vinto il Pisuisse Prize per la studentessa più promettente. Dopo allora ha recitato in una trentina di film in giro per il mondo, ricevendo molti premi, incluso quello come Miglior Attrice al Tribeca Film Festival e al Netherlands Film Festival, per il film di Paula van der Oest Black Butterflies. Molto amata dal pubblico olandese, ha vinto cinque Golden Calf Award come Miglior Attrice. Uno di questi per The Happy Housewife di Antoinette Beumer. Il suo ruolo di protagonista in Black Book, film di Paul Verhoeven ambientato nella Seconda Guerra Mondiale, ha segnato l'inizio del suo successo internazionale. Successivamente ha recitato in Operazione Valchiria di Bryan Singer, al fianco di Tom Cruise; in Repo Men di Miguel Sapochnik; in Black Death - Un viaggio all'inferno di Christopher Smith; in Intruders di Juan Carlos Fresnadillo, al fianco di Clive Owen; in Jackie di Antoinette Beumer, dividendo il set con sua sorella Jelka van Houten; ne Il quinto potere di Bill Condon; in Incarnate di Brad Peyton. Prossimamente la vedremo nel film di Martin Koolhoven Brimstone, insieme a Guy Pearce e Kit Harington. Collabora nuovamente con la regista Paula van der Oest per il dramma ricco di suspense The Parts You Lose, al fianco di Aaron Paul. La van Houten è entrata a far parte del cast del fenomeno televisivo Il trono di spade, nei panni della sacerdotessa Melisandre, a partire dalla seconda stagione. La vedremo presto anche nella sesta stagione. Nell'ottobre del 2012, ha pubblicato il suo primo album da solista, See You on the Ice, scrivendo lei stessa gran parte delle canzoni. L'album include il suo duetto con Antony Hegarty (degli Antony & The Johnsons) intitolato "Particle of Light", oltre a diverse collaborazioni con i musicisti Steve Shelley, Ken Stringfellow, Howe Gelb e Marc Ribot. É ambasciatrice olandese del WWF.