Au sortir d'études de droits, lettres et cinéma, Caroline Chomienne est assistante de réalisation puis intègre l'association Altermedia, qui soutient les jeunes réalisateurs.

Après un documentaire sur Raul Ruiz (Quinzaine des réalisateurs, Cannes) et une sélection dans la Master-Class de Krzysztof Kieslowski, la jeune femme se lance dans la réalisation de courts et de longs métrages, parmi lesquels Des lendemains qui chantent, et Freestyle, plongée dans la vie de jeunes rappeurs à Marseille.

Après la production de 200 films courts pendant 15 ans à Altermédia, elle reprend la mise en scène de longs métrages où les femmes et la danse surprennent : Verde, la vie secrète d'adolescents parisiens et leur découverte de la culture andalouse, Véra, le parcours d'une jeune danseuse classique qui découvre la diversité du monde, des arts urbains et de la danse contemporaine, Cuba no, Cuba si, la rivalité de deux cousines et la ronde amoureuse d'un quintet de latinos à Paris, La Leçon de danse, la résilience d'une jeune danseuse après une audition particulière.