Кэролин Лори Кейн родилась в еврейской семье, а её предки были иммигрантами из России. Впервые на театральной сцене стала появляться в 1966 году. Первого успеха добилась в 1975 году, после того как была номинирована на «Оскар» за свою роль в фильме «Хестер Стрит». В дальнейшем появилась в фильмах «Собачий полдень» (1975), «Энни Холл» (1977), «Когда звонит незнакомец» (1979), «Джек-попрыгун» (1986), «Принцесса-невеста» (1987), «Семейные ценности Аддамсов» (1993) и «Лысый нянька: Спецзадание» (2005).
Помимо этого она добилась успеха на телевидении, где начала активно сниматься с начала 1980-х годов, и дважды становилась обладательницей премии «Эмми» за свою роль в сериале «Такси». С начала 1970-х годов актриса периодически появляется также и на бродвейских сценах.