Née le 1er décembre 1978 à Boulogne-Billancourt, Camille Cottin est l'aînée de la fratrie. Elle a une sœur du côté de sa mère, qui a quitté l'Algérie à l'âge de quinze ans, un frère et deux sœurs du côté de son père, Gilles Cottin. Elle est l'arrière-arrière-petite-fille de Paul Cottin, sous-bibliothécaire de l'Arsenal et petite-fille d’un résistant arrêté et volontaire aux corvées des sanitaires dans un camp, dans l’unique but d’y creuser un tunnel et de s’en échapper. Durant son adolescence, elle passe cinq ans au lycée français Charles-de-Gaulle de Londres, puis revient en France, où elle obtient une maîtrise d’anglais qui lui permet d'enseigner pendant quelque temps dans le secondaire dans un lycée de la capitale. Elle suit des cours à l'école de théâtre et d'art dramatique de Jean Périmony.