Родилась 2 ноября 1904 в Ярославле в дворянской семье, отец был военным врачом. Вскоре семья переехала под Кострому (сёла Ивановское, затем Петрилово), где отец служил земским врачом. Училась в дворянском пансионе в Костроме. После 1917 года семья переехала под Муром в разъезд Навашино, отец устроился в больнице на судостроительной верфи, Капитолина там же работала санитаркой.
Занималась в частной театральной студии Е. И. Кировой. Играла в Ярославском театре имени Волкова. Окончила Московский государственный театральный техникум им. А. Луначарского (1927), поступив сразу на второй курс. Во время учёбы подрабатывала уборщицей, а затем стенографисткой.
После окончания устроилась в театр при Управлении зрелищными московскими предприятиями (УМЗП) (1927—1929), затем в IV студию МХАТ, которую вскоре преобразовали в Реалистический театр (1929—1937). Затем были Театр Транспорта и Театр Революции (1937—1939), театры Читы, Алдана, Якутска, Инты, Рыбинска и, наконец, «Современник» (1961—1977, 1990—1992).
В пожилом возрасте снималась в фильмах в ролях старушек.
Вышла замуж в конце 1920-х за актёра Петра Петровича Мартынова-Ильенко, он был старше её на 24 года. Родился сын Борис — будущий актёр. В 1941 году родилась дочь Любовь от пропавшего безвести на фронте актёра Георгия Барышникова — также будущая актриса.
Умерла 21 ноября 1992 в Москве.