Cecilie Thomsen gik på Rudolf Steiner-skolen i Vordingborg. Hun blev kendt på internationalt niveau som fotomodel, mens hun fra 1990 levede et luksusliv med sin kæreste, den canadiske rocksanger Bryan Adams. Parret var sammen i 12 år inden Cecilie Thomsen for en periode dannede par med musikeren Tim Christensen. Hun fik i 1997 sin debut som skuespillerinde i James Bond-filmen “Tomorrow Never Dies”. Det var med rollen som Professor Inga Bergstrøm, der forsøger at lære James Bond dansk. Hun er uddannet på Actors Studio Drama School i New York. Som fotomodel er hun repræsenteret hos Elite Model Management. I 1998 fortsatte Cecilie Thomsen som skuespiller i filmen “54”, der bl.a. har Ryan Phillippe og Neve Campbell på rollelisten. I filmen spiller hun en diskoteks-medarbejder i Studio 54 med særligt ansvar for VIP’s. I 2002 medvirkede hun i spillefilmen “Dom durakov” som en skarpskytte fra Litauen. I den danske kortfilm “Der er en yndig mand” havde hun rollen som en guide på Kronborg. Som repræsentant for modelbranchen medvirkede hun i tv-programmet Topmodel fra 2002, hvor man bl.a. følger Trice Thomsens jagt på en ny dansk model. Cecilie Thomsen havde i 2003 en af hovedrollerne i Lars Kaalunds opsætning af “Leonardo da Vinci” på Østre Gasværk Teater.