Camille Japy débute sa carrière au théâtre et se forme à la Royal Academy of Dramatic Arts à Londres ainsi qu'au Conservatoire de Paris. Elle joue souvent des pièces d'auteurs classiques mais aussi plus modernes, comme Xavier Durringer. La comédienne apparaît pour la première fois au cinéma en 1990 dans Dames galantes de Jean-Charles Tacchella. Elle s'essaye au court-métrage de nombreuses fois et notamment pour Noémie Lvovsky (Embrasse-moi en 1990) ou François Ozon (La Petite mort en 1994 et Scènes de lit en 1997).

L'actrice fait aussi des apparitions dans les longs-métrages de jeunes réalisateurs. On peut la voir dans Metisse (1993), premier film de Mathieu Kassovitz ainsi que dans Chacun cherche son chat (1995) réalisé par Cédric Klapisch. Des cinéastes à la carrière plus conséquente s'intéressent aussi à l'actrice comme Yvon Marciano, qui la fait tourner dans Le Cri de la soie en 1996. Mais c'est en 1998 qu'elle est révélée dans Nos vies heureuses de Jacques Maillot, film en sélection officielle au festival de Cannes.

Camille Japy aime changer d'univers : elle se glisse sans mal dans la comédie Grève party (1997) de Fabien Onteniente avant de passer au registre de la comédie dramatique avec Le Monde de Marty (1999) de Denis Bardiau, dans lequel elle interprète la mère d'un enfant malade. La même année, elle est l'épouse de Charles Berling dans un film policier sombre, Scènes de crimes de Frédéric Schoendoerffer. En 2000, elle prête ses traits à une femme au bord de la crise de nerfs dans Electroménager de Sylvain Monod.

En 2001, Les Fantômes de Louba de Martine Dugowson offre à l'actrice un rôle à contre-emploi. Camille Japy y campe une femme légère, insouciante et charnelle. Elle retrouve un rôle atypique - celui d'une employée de morgue - dans J'ai tué Clémence Acéra de Jean-Luc Gaget. Elle poursuit l'exploration de personnages forts dans Douches froides (2005) d'Antony Cordier, avant d'enchaîner avec la comédie Odette Toulemonde, premier film réalisé par l'écrivain Eric-Emmanuel Schmitt.

Le cinéaste Marc Fitoussi lui permet ensuite de vivre La Vie d'artiste (2006) aux côtés de Sandrine Kiberlain et Emilie Dequenne. Camille Japy joue pour la première fois dans un "blockbuster", Taken (2008) de Pierre Morel, avant d'enchaîner avec Coeur animal, où elle se met dans la peau d'une femme torturée. Elle prend le soleil dans la comédie La Croisière (2010) et s'arrête à l'Ile de Ré, où elle rencontre Lambert Wilson et Fabrice Luchini, pour Alceste à bicyclette (2013).