Carice Anouk van Houten wurde am 7. September 1976 im niederländischen Leiderdorp geboren. Ihre Mutter Margje Strasse arbeitet im Vorstand des nationalen Bildungsfernsehens, der Vater Theodore van Houten ist als Autor und TV-Produzent tätig. Am Bonifatius Lyceum in Utrecht sammelte die Schülerin erste Erfahrungen als Darstellerin in Theaterinszenierungen, nach dem Abschluss erhielt sie Zusagen der Schauspielschulen in Maastricht und Amsterdam.

Während des Studiums an der Kleinkunst Academie Amsterdam erste Auftritte in Fernsehproduktionen und Fortsetzung der Theaterarbeit, für die van Houten 1999 mit dem Pisuisse Preis und 2000 mit dem Naeff Preis ausgezeichnet wurde. Im selben Jahr erfolgte der Durchbruch als TV-Darstellerin in "Suzy Q" von Martin Koolhoven: Für ihre Verkörperung der Titelheldin, einer Teenagerin mit einer Obsession für den Rolling Stones-Sänger Mick Jagger, erhielt van Houten den renommierten Gouden Kalf-Preis für die beste Fernsehschauspielerin. Ebenfalls unter der Regie von Koolhoven drehte sie im darauffolgenden Jahr den Kinothriller "Amnesia".

2001 spielte sie die Hauptrolle in der phantastischen Komödie "Minoes" ("Die geheimnisvolle Minusch"), einer Verfilmung des populären Kinderbuchs von Annie M.G. Schmidt über eine Katze, die in einen Menschen verwandelt wird. In ihrer niederländischen Heimat mittlerweile ein Star, übernahm von Houten in den folgenden Jahren zahlreiche Theaterengagements und war eine stete Präsenz im Fernsehen. Zu ihren Kinoauftritten gehörte unter anderem der Kinderfilm "Lepel" ("Spoon"), eine europäische Co-Produktion mit deutscher Beteiligung.

2006 gelangte Carice van Houten durch Paul Verhoevens aufsehenerregendes Kriegsmelodram "Black Book" zu internationaler Bekanntheit. In dem vieldiskutierten und hochgelobten Film, der zugleich die Rückkehr des langjährigen Hollywood-Regisseurs Verhoeven in seine niederländische Heimat markiert, spielt van Houten die jüdische Sängerin und Widerstandskämpferin Rachel Stein, die sich während einer gefährlichen Untergrundmission in einen SS-Offizier – verkörpert von Sebastian Koch – verliebt. Für van Houten bedeutete die Rolle den Beginn einer Weltkarriere, so wurde sie im Anschluss unter anderem für die US-Produktion "Valkyrie" engagiert: An der Seite von Tom Cruise spielt sie darin die Frau des deutschen Offiziers und Hitler-Attentäters Claus von Stauffenberg.

Für ihr Spiel in "Black Book" erhielt Carice van Houten, die privat mit ihrem Filmpartner Sebastian Koch liiert ist, zudem zahlreiche Auszeichnungen und wurde 2008 als Beste Schauspielerin für den Deutschen Filmpreis nominiert.