Caitriona Balfe s-a nascut la Dublin, in Irlanda, si a crescut in Tydavnet, un sat langa Monaghan, intr-o familie cu sapte copii. Si-a inceput cariera ca model, dupa ce a fost descoperita de un agent intr-un mall in timpul unei campanii de strangere de fonduri umanitare. Dupa cateva luni de modelling in Dublin, la 19 ani, a captat atentia agentiei Ford Models si i s-a propus un contract la Paris. Dintre cele mai importante realizari ale sale ca model fac parte: deschiderea prezentarii colectiei Haute Couture toamna-iarna 2002 a casei Chanel; incheierea prezentarii colectiei Haute Couture toamna-iarna 2002 a casei Givenchy; aparitia in prezentarea de moda a casei Victoria's Secret 2002 (este primul model si, deocamdata, singurul model de origine irlandeza care a defilat pentru aceasta casa); aparitia in mai multe prezentari vestimentare ale unor case de moda de renume (12 prezentari ale casei Dolce & Gabbana, 8 prezentari ale casei Chanel, 7 prezentari ale caselor Marc Jacobs, Narciso Rodriguez si Moschino, 6 prezentari ale casei Etro, 5 prezentari ale caselor Armani, Roberto Cavalli, Max Mara, Ann Demeulemeester si Louis Vuitton, 4 prezentari ale caselor Givenchy, Oscar de la Renta, Missoni, Bottega Veneta, Burberry, Alberta Ferretti, Alexander McQueen si Emanuel Ungaro, 3 prezentari ale caselor Rochas, Christian Lacroix, Laura Biagiotti, Chacharel, BCBG Max Azria, Sonia Rykiel si Kenzo); aparitia in campanii publicitare pentru marci precum Calvin Klein, Levi's, Max Mara, Oscar de la Renta, Bally, Dolce & Gabbana, Moschino, Costume National, Bottega Veneta, Hush Puppies, BCBG Max Azria, Blumarine, Dries Van Noten, Wella, Roberto Cavalli, Victoria's Secret, H&M; aparitia pe coperta a editiilor internationale a unor reviste precum Vogue, Harper's Bazaar, Elle.
In perioada 2002-2004, la apogeul carierei sale ca model, Caitriona Balfe a fost in topul 20 al celor mai solicitate modele din lume si este inca considerata cel mai de succes model de origine irlandeza.
Pentru munca ei de la Milano in perioada 2002-2003, Caitriona Balfe a castigat in jur de 300.000 de dolari, insa castigurile sale, alaturi de cele ale colegelor sale de breasla, au fost retinute de agentia italiana, Paolo Tomei, care o reprezenta la acea vreme si care, in acea perioada, si-a declarat insolventa. Datorita faptului ca, potrivit legii italiane, modelele sunt considerate libere profesioniste, avocatul ei a descurajat-o sa dea agentia in judecata. Cativa ani mai tarziu, in 2009, in timp ce lucra pentru BCBG, Balfe a trait o situatie similara, compania rarind mai intai platile onorariilor, pentru ca mai apoi sa le refuze cu totul sub pretextul unor probleme financiare, desi continua sa o contracteze pentru noi angajamente si asigura agentia reprezentanta ca vor face platile. In ciuda sfaturilor din partea agentiei, Balfe a decis sa intrerupa lucrul pentru BCBG pana cand toate onorariile restante ii vor fi platite la zi, lucru care in cele din urma s-a intamplat.
Desi declara ca nu a facut niciodata o pasiune pentru modelling si ca nu se va intoarce la aceasta cariera full-time, Caitriona Balfe continua sa accepte anumite angajamente ocazionale in domeniu (a colaborat in 2013 cu fotograful James Houston pentru seria Natural Beauty, care a fotografiat-o in Antelope Canyon).
Inainte de a-si incepe cariera de model, Caitriona Balfe a studiat arta dramatica la Institutul de Tehnologie din Dublin, sperand sa devina actrita. Primul sau rol l-a obtinut in timpul sederii sale la New York, in 2006, inThe Devil Wears Prada, in care a jucat rolul unei angajate a revistei "Runway".
In 2009, dupa o cariera de 10 ani in modelling, Caitriona Balfe se intoarce la optiunea ei initiala de cariera si se muta la Los Angeles, unde, timp de un an si jumatate, ia lectii de actorie la Warner Loughlin Studios, apoi la Sanford Meisner Center si in final la Judith Weston Studios. A jucat in filme precumSuper 8(in rolul mamei eroului principal),Now You See Me(in rolul sotiei personajului jucat de Michael Caine) si Escape Plan (in rolul unui avocat CIA care il angajeaza pe personajul jucat de Sylvester Stallone).
In 2012 joaca rolul lui Alex in The Beauty Inside, un film impartit in sase episoade care nareaza povestea unui barbat pe nume Alex, care se trezeste in fiecare zi in alt corp. In 2013 apare in videoclipul melodiei "First Fires" al britanicului Bonobo si in videoclipul melodiei "Chloroform" al trupei franceze Phoenix, acesta din urma fiind regizat de Sofia Coppola.
In perioada 2012-2013, Balfe a facut parte din distributia serialului H+: The Digital Series al Studiourilor Warner Bros., in care joaca rolul lui Breanna Sheehan, unul dintre directorii executivi ai unei companii de biotehnologie care dezvolta un computer implantat care le permite oamenilor sa fie conectati la internet 24 h/ zi.
In septembrie 2013, Caitriona Balfe a fost distribuita in rolul principal, Claire Beauchamp Randall Fraser, in serialul de televiziuneOutlanderprodus de Starz si bazat pe romanul Dianei Gabaldon. Serialul a avut premiera in august 2014. Balfe joaca rolul unui asistente medicale de la jumatatea secolului 20 care face un salt inapoi in timp si ajunge in miezul unui razboi al clanurilor scotiene de la mijlocul secolului 18. Atat serialul, cat si performanta ei actoriceasca au fost bine primite de critici. In octombrie 2014, Balfe a ajuns pe locul 9 al celor mai cautate actrite pe IMDb (Internet Movie Database), iar in decembrie 2014 revista "Entertainment Weekly" a numit-o printre cele 12 staruri de succes ale anului 2014.
In ianuarie 2015, Caitriona Balfe s-a alaturat distributiei filmuluiMoney Monster, regizat de Jodie Foster si care ii are ca protagonisti pe George Clooney si Julia Roberts. Balfe va juca rolul unui director de PR al unei companii ale carei actiuni se prabusesc, cauzand pierderea tuturor economiilor unui barbat care va lua ostateci in cadrul unei emisiuni TV live.
Caitriona Balfe a castigat in 2014 premiul Favorita Fanilor oferit de BBC si tot in 2014 a fost nominalizata la premiul Saturn pentru cea mai buna actrita de televiziune cu rolul din serialul Outlander.
