Кэрол Кейн родилась в Кливленде. Она выросла в интеллигентной и обеспеченной семье. Её отец был одним из лучших архитекторов, а мать профессионально занималась пением и танцами. Именно родители привили её любовь к искусству, театру и кинематографу.
Кэрол имеет русские корни. Из-за постоянных командировок отца семейство Кейн переезжало из одного города в другой. Так же в детстве вместе с отцом Кэрол побывала в Нигерии, Египте, Франции и на Гаити. В возрасте 8 лет она стала жительницей Нью-Йорка, где было принято решение окончательно обосноваться.
Кэрол Кейн получила образование в Профессиональной Манхэттенской школе. Несколько лет она была прилежной ученицей, но после развода родителей вошла в число самых отстающих учениц и была отчислена.
Кэрол с юных лет снималась в различных фильмах. В возврате 14 лет она профессионально выступала на сцене такого театра как Линкольн Центр. Её первым «звездным» напарником стала профессиональный голливудский актер Кристофер Ллойд.
Дебютной сценической работой актрисы стал спектакль «Всё лучшее для мисс Джин Броуди».
В 17 лет Кэрол дебютировала на большом экране. Она сыграла несколько эпизодов в сериале «Такси».
Следующей яркой работой актрисы стала роль проститутки в картине «Carnal Knowledge». Аналогичную роль она сыграла в фильме «Последняя деталь».
Свои первые роли Кэрол Кейн сыграла в фильмах: «Carnal Knowledge», «Wedding in White», «Hester Street», «Dog Day Afternoon», «Last Detail», «Harry and Walter Go to New York».
В 1973 году Кэрол Кейн получила приз «Лучшая картина-73 года» за роль в фильме «Свадьба в белом». А в 1975 году она удостоилась премии «Оскар» за роль в картине «Улица Эсфирь».
Лучшими фильмами с участием этой актрисы являются: «The Princess Bride», «Variety», «Scrooged», «American Dreamer», «Pearl», «The Year Without a Santa Claus».
Она принимала участие в съемках множества сериалов и телефильмов. Так же Кэрол Кейн постоянно принимает участием в бродвейских постановках. Последними кинематографическими работами актрисы стали роли в картинах: «The Pacifier», «Confessions of a Teenage Drama Queen», «The Shrink Is In», «My First Mister».