Nach ihrem Studienabschluss in Literatur und Philosophie widmete sich Caroline de Vivaise der Kostümbildnerei für Film und Theater. Sie entwarf die Kostüme für mehr als 50 Filme, darunter einige von Patrice Chéreau: L’homme Blessé (1982), Hôtel de France (1987), Intimacy (2000), Son Frère (2002) und Gabrielle (2005). Weitere Arbeiten aus dem Bereich Film sind Le Lieu du crime (1986) von André Techiné, Uranus (1990) und Germinal (1992) von Claude Berri, La véritable histoire d’Artaud le momo (1993) von Gérard Mordillat, Un héros très discret (1995) von Jaques Audiard, Septième ciel (1997) von Benoît Jaquot, Le temps retrouvé (1998) von Raoul Ruit, La Fidélité (1999) von Andrezej Zulawski, Cat’s Meow von Peter Bogdanovich, L’enfer von Danis Tanovic sowie gemeinsame Arbeiten mit Valeria Bruni Tedesci. Für die Filme Gabrielle und Germinal wurde sie jeweils mit dem César für die besten Kostüme ausgezeichnet. Im Theater arbeitete sie mit Bruno Bayen (1998), John Malkovich (Hysteria 2003) und Patrice Chéreau in den Produktionen Quaie Ouest (Bernard-Marie Koltès, 1986), Dans la solitude des champs de coton sowie Platonow von Tschechow (1987) und Retour au désert (1989) zusammen. Im Bereich der Oper entstanden Arbeiten mit Arnaud Petit (Place de la République, 1991), Raoul Ruiz (Medée von Michèlle Reverdy, 2003) und Patrice Chéreau (Così fan tutte, 2005 und Aus einem Totenhaus, 2007). Nachdem sie 1997 Thierry de Peretti bei Dreharbeiten mit Patrice Chéreau kennengelernt hatte, entwarf sie Kostüme für seine Inszenierungen Sallinger (1998) und Retour au désert (2001) von Koltès, Valparaiso von Don Delillo (2003), Richard II. von Shakespeare und Gengis among the Pygmies von Gregory Motton (2004).