Actrice et chanteuse australienne, Caitlin Stasey a grandi à Melbourne où elle a fait partie très jeune d’une chorale. Cette activité la fait remarquer et dès l’âge de 13 ans elle est sélectionnée pour jouer un des rôles principaux de la série pour enfants The Sleepover Club, dont elle tourne 27 épisodes entre 2003 et 2006. C’est toutefois son rôle récurrent de Rachel Kinski dans la série Les voisins qui en fait une vedette à part entière avec plus de 280 épisodes au compteur entre 2005 et 2009. A la même époque, on lui propose un contrat pour devenir une chanteuse à plein temps qu’elle refuse car elle préfère se consacrer à sa carrière de comédienne.
Dès lors, elle apparaît en tant que vedette dans Demain, quand la guerre a commencé (Beattie, 2010), puis dans I, Frankenstein (Beattie, 2014), mais c’est son interprétation de Kenna dans la série Reign : Le Destin d’une reine qui lui offre la plus belle visibilité. Plus mature, elle joue dans les films indépendants Summertime (Burns, 2018), Kindred Spirits (McKee, 2019) et The Only One (Gilbert, 2020).
En 2020, elle joue dans le court-métrage horrifique de Parker Finn intitulé Laura Hasn’t Slept, qui devient deux ans plus tard le long-métrage Smile (Finn, 2022). Bien de son temps, la jeune femme se déclare « fluide » dans sa sexualité. Elle a ainsi été mariée à un homme, tout en déclarant régulièrement être lesbienne.