Dopo essersi laureata in lingua francese, ha studiato sceneggiatura all'École Nationale Supérieure des Métiers de l'Image et du Son (FEMIS), di Parigi. Nel 2005 ha scritto la sceneggiatura di Naissance des pieuvres, che ha vinto la nona edizione del Prix Junior per la Miglior sceneggiatura consentendole così di trasformarla nel suo primo lungometraggio. Céline Sciamma ha inoltre collaborato alla stesura della sceneggiatura di due cortometraggi di Jean-Baptiste de Laubier, Les Premières communions (2004) e Cache ta Joie (2006).

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Céline Sciamma nasce nel 1978 e cresce nella periferia di Parigi in una famiglia di origine italiana. Dopo la laurea specialistica in letteratura francese segue i corsi di sceneggiatura alla prestigiosa scuola di cinema La Femis.
Su consiglio dell'attore e regista Xavier Beauvois, membro della sua commissione d'esame, utilizza lo script di fine corso per esordire come regista con Naissance des pieuvres (2007). Il film viene presentato nella sezione Un Certain Regard del Festival di Cannes 2007 e riscuote subito un grande interesse, facendo ottenere a Céline il Prix Delluc come migliore opera prima e una candidatura ai César nella stessa categoria.

Dopo alcuni lavori come sceneggiatrice, anche per la televisione, gira il cortometraggio Pauline (2009), realizzato grazie alla vittoria del concorso "Jeune et homo sous le regard des autres", presieduto da André Téchiné e istituito per combattere l'omofobia. Tomboy è il suo secondo lungometraggio, e vince il Teddy Award al Festival di Berlino e procura alla regista un enorme successo di critica e pubblico, sancendone la notorietà internazionale.
In veste di sceneggiatrice collabora nel 2012 alla serie televisiva Les Revenants, trasmessa da Canal+ e torna alla regia nel 2014 con Diamante nero, che apre la Quinzaine des réalisateurs al Festival di Cannes e viene da subito osannato dalla criticadi tutto il mondo, ottenendo quattrocandidature ai César e arrivando finalistaal Premio Lux del Parlamento Europeo. Tra gli ultimi lavori di Céline Sciamma, sempre come sceneggiatrice, ricordiamo il film d'animazione Ma vie de courgette e il film di André Téchiné, Quand on a 17 ans.