Issue d'une célèbre famille d'acteurs (Jean-Pierre Cassel est son père et Vincent Cassel son demi-frère), Cécile Cassel débute sa carrière de comédienne très tôt en suivant les cours d'art dramatique de la Compagnie des Sales Gosses. En 2000, alors âgée de 18 ans, elle fait ses débuts sur le petit écran en interprétant la fille de Francis Huster dans le téléfilm Le Grand Patron.

Il faut attendre 2002 pour la voir enfin sur grand écran dans Vivante aux côtés de Vahina Giocante et surtout dans La Bande du drugstore de François Armanet où elle incarne une jeune ingénue bien sous tout rapport. Grâce à son excellent niveau d'anglais, elle fait bientôt des apparitions dans des productions américaines comme Sex & the City (dans l'épisode final de la série) et Nous étions libres avec Charlize Theron et Penélope Cruz, avant de tourner dans Ma vie en l'air, la comédie de Rémi Bezançon en 2005. L’année suivante, elle joue sous la direction d’Elie Chouraqui dans Ô Jérusalem, drame historique qui suit deux amis séparés par leur religion et leur culture. En 2007, elle apparaît dans le dernier film d’Éric Rohmer, Les Amours d'Astrée et de Céladon, adaptation de L’Astrée, le roman pastoral d’Honoré d'Urfé. L'année 2008 lui permet de retrouver Rémi Bezançon pour Le Premier jour du reste de ta vie. Succès public et critique, le film totalise plus d'un million d'entrées et récolte 9 nominations aux Césars. Cette même année, la comédienne se fait également très présente sur le petit écran. On la voit tour à tour dans le téléfilm Coco Chanel avec Shirley MacLaine et Malcolm McDowell, qui retrace le parcours de la célèbre styliste puis dans Rien dans les poches aux côtés d’Emma de Caunes et enfin dans la série télé Clara Sheller.

Curieuse et touche-à-tout, Cécile Cassel montre un intérêt pour les jeunes cinéastes en tournant dans le 1er film de l’écrivain Amanda Sthers (Je vais te manquer) et prouve qu’elle sait aussi chanter et danser grâce à la comédie musicale Toi, moi, les autres (2011). On la retrouve peu de temps après dans l’atypique Nuit bleue de l’artiste corse Ange Leccia, où elle interprète une jeune femme ballotée entre son ancien amour et un jeune homme mystérieux.

En 2013, elle se dévoile sous un autre jour et sous un autre nom, celui d'Hollysiz, son nom de scène en tant que chanteuse. Elle sort l'album "My name is...", porté par le single Come back to me.