Voulant devenir actrice, Billie Blain suit une formation théâtrale au Cours Florent de 2014 à 2016, puis au Cours Simon de 2016 à 2018. Elle commence sa carrière cinématographique en 2015 avec L'Astragale de Brigitte Sy, où elle joue Coco. En 2017, elle apparaît dans Garde alternée d'Alexandra Leclère, incarnant Jeanne, et dans Sparring de Samuel Jouy, où elle joue Aurore Landry, la fille du boxeur raté mais vaillant Mathieu Kassovitz.

En 2018, Billie participe au film Deux Fils de Félix Moati, interprétant le personnage d'Anne. L'année suivante, elle est à l'affiche du drame Éblouis de Sarah Suco et de la comédie La Sainte Famille de Louis-Do de Lencquesaing. En 2023, elle se distingue dans le film fantastique Le Règne Animal, emmené par Romain Duris et Paul Kircher, présenté en ouverture de la section Un Certain Regard au Festival de Cannes, où elle interprète Nina.

En 2024, Billie est à l'affiche de plusieurs courts métrages, dont Ce qui appartient à César de Violette Gitton, qui remporte le Prix Révélation ARDA au Festival de Saint-Jean-de-Luz, ainsi que le Grand Prix du Jury et le Grand Prix Unifrance. En 2025, elle incarne Louise dans la série Lucky Luke réalisée par Benjamin Rocher pour Disney+. La même année, elle tient le rôle-titre de Cassandre, celui d'une adolescente passionnée de cheval.

Laurent Schenck