Pianiste et polyglotte, Camilla Belle débute sa carrière dès l'âge de 9 mois en posant pour de nombreuses campagnes publicitaires. Elle poursuit son apprentissage dans des spots tout au long de sa jeunesse avant d'apparaître dans divers téléfilms. À 11 ans, elle fait une courte apparition dans le blockbuster de Steven Spielberg Le Monde perdu, la suite de Jurassic Park, où elle se fait attaquer par de charmants "compy" dès les premières minutes du film.

Elle joue ensuite aux côtés de Nicole Kidman dans Les Ensorceleuses, et obtient en 2006 le premier rôle féminin de The Ballad of Jack and Rose de Rebecca Miller. Elle y donne la réplique à Daniel Day-Lewis. Baby-sitter harcelée dans Terreur sur la ligne en 2006, Camilla Belle se plonge l'année suivante dans la préhistoire avec l'épique 10 000 de Roland Emmerich. Elle apparaît parallèlement aux côtés de George Clooney dans la campagne publicitaire "George Who ?" de Nespresso.

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