Après une maîtrise d’études théâtrales, elle devient assistante à la mise en scène auprès de Ludovic Lagarde. De 2000 à 2003, elle travaille au Théâtre national de Toulouse en tant que collaboratrice artistique de Jacques Nichet. Puis elle assiste Guillaume Delaveau, Alain Ollivier et Stéphane Braunschweig. En 2001, elle intègre l’Unité nomade de formation à la mise en scène au Conservatoire national de Paris, où elle suit un stage auprès de Piotr Fomenko ainsi qu’auprès de Jean-Pierre Vincent. Comment une figue de paroles et pourquoi de Francis Ponge est, avec Pierre Baux, sa première création.

En 2003, elle met en scène au Théâtre national de Toulouse Quartett de Heiner Müller, distingué du Prix de la révélation théâtrale par le Syndicat de la critique. En 2005, elle crée L’Ignorant et le Fou de Thomas Bernhard au Théâtre national de Strasbourg, repris au Théâtre Gérard-Philipe de Saint-Denis puis au Théâtre de la Criée à Marseille. Sur une proposition de Muriel Mayette, elle met en scène en 2007 La Fin du commencement de Sean O’Casey au Studio de la Comédie-Française. En novembre 2008, elle crée au Nouveau Théâtre de Montreuil puis en tournée S’agite et se pavane d’Ingmar Bergman. En 2011, elle présente Train de nuit pour Bolina de Nilo Cruz au Théâtre de Saint-Quentin-en-Yvelines et créé Long voyage du jour à la nuit d’Eugène O’Neill à La Colline. En 2012, elle collabore avec Claude Duparfait à la mise en scène de Des arbres à abattre d'après le roman de Thomas Bernhard, joué à La Colline en 2013, l’année où elle met en scène Yukonstyle de Sarah Berthiaume (création mondiale).

Depuis plusieurs années, elle mène parallèlement un travail pédagogique dans différentes écoles de théâtre (Ensatt, Esad, Erac). Par ailleurs, elle travaille avec la plateforme Siwa sur un projet autour de L'Orestie d'Eschyle, mené par une équipe franco-iraquienne. À l’invitation de Stéphane Braunschweig, elle est depuis 2010 artiste associée à La Colline. Célie Pauthe vient d’être nommée à la direction du Centre dramatique national de Besançon.