Biografía
La madrileña Carmen Machi empezó su carrera teatral a los 17 años, en la compañía Taormina de Getafe. ​ Cumplidos los treinta, entró en la compañía-escuela de La Abadía de la mano de José Luis Gómez, donde interpretó obras como María Sarmiento (1998) y Retablo de la avaricia, la lujuria y la muerte (1995-2000). Precisamente, durante una de sus funciones en La Abadía en el año 2000, El mercader de Venecia, Luis San Narciso le dio la oportunidad de hacer una intervención esporádica en la serie 7 vidas interpretando a Aída García.​ El personaje cuajó tan bien que comenzó a aparecer regularmente en la serie hasta convertirse en un personaje fijo y tener luego su propia serie, que se estrenó en 2005: un spin-off protagonizado por Machi y bautizado con el nombre de su personaje, Aída.​ En ella estuvo tres años hasta abandonarla debido a su deseo de realizar otros proyectos.
 
La salida de Carmen de la exitosa serie de televisión coincidió con dos de sus grandes trabajos: en teatro con La tortuga de Darwin de Juan Mayorga (2008-2009) y en cine con Los abrazos rotos (2009), donde Pedro Almodóvar volvió a reclamarla después de haber trabajado con él en Hable con ella (2002).​ Desde entonces, la carrera cinematográfica de Carmen Machi fue creciendo poco a poco: su primer papel protagonista en el cine vino de la mano de Javier Rebollo con la película La mujer sin piano (2009),​ y continuó con Pájaros de papel (2010), primer largo de Emilio Aragón,​ y Que se mueran los feos (2010), de Nacho García Velilla.
 
Paralelamente, Machi continuó consolidándose en teatro, desde Platonov (2009) hasta Falstaff (2011), pasando por otras funciones como Almuerzo en casa de los Wittgenstein (2010-2011).​ Entre 2011 y 2012 protagonizó Agosto junto a Amparo Baró.
En 2011, Machi volvió a la televisión: por un lado, como invitada especial a Aída, a la que regresó brevemente en varios capítulos, y por otro, con la miniserie Rescatando a Sara, dirigida por Manuel Ríos San Martín.​ 2012 fue un año intenso en su carrera teatral: estrenó ¿Quién teme a Virginia Woolf? y Juicio a una zorra, ​monólogo de Miguel del Arco.​ Al año siguiente regresó al cine con La Estrella y repitió con Almodóvar en Los amantes pasajeros.​ También participó en la película más taquillera de España, Ocho apellidos vascos (2014), dirigida por Emilio Martínez-Lázaro, papel que le valió el Premio Goya a la mejor interpretación femenina de reparto en 2015. Ese año repitió con su secuela, Ocho apellidos catalanes.
 
En 2016 estrenó películas como Rumbos de Manuela Burló Moreno,​ la exitosa Villaviciosa de al lado, donde repitió con García Velilla como director o La puerta abierta de Marina Seresesky, entre otras. ​ En teatro, participa en montajes como Los Mácbez (2014) de Andrés Lima y Antígona (2015-2017) de Miguel del Arco.
 
En 2017 recibió la Medalla de Oro de la ciudad de Madrid. Además, estrenó El bar de Álex de la Iglesia y Pieles, el primer largometraje de Eduardo Casanova.​ En 2018 se estrenaron La tribu de Fernando Colomo y Thi Mai de Patricia Ferreira. ​
 
En 2019 participó en la segunda parte de la exitosa comedia Perdiendo el norte, Perdiendo el este, esta vez dirigida por Paco Caballero​ y protagonizó la cinta Lo nunca visto, de Marina Seresesky.​ Además, realizó una participación en la serie de Netflix Criminal: España​ y se incorporó al reparto de la serie de Movistar+ Vida perfecta, en la que continuó en su segunda temporada, estrenada en 2021.
 
En 2020 participó en la película de Isabel Coixet Nieva en Benidorm.​ También realizó un cameo especial en la serie de HBO dirigida por Álex de la Iglesia 30 monedas, por la que fue nominada en los Premios Feroz en la categoría de mejor actriz de reparto en una serie.​ Un año después estrenó el largometraje El Cover, dirigida por Secun de la Rosa​ y se dio a conocer su papel protagónico para la película original de Netflix Amor de madre, estrenada en abril de 2022. Ese año, además de la cinta de Netflix, estrenó varios largometrajes: Cerdita, ópera prima de Carlota Pereda;​ Rainbow, película musical para Netflix dirigida por Paco León;​ Llenos de gracia, comedia de Roberto Bueso​ y La voluntaria, un drama político dirigido por Nely Reguera.
 
En septiembre de 2023 fue parte del reparto de la serie de televisión La mesías, dirigida por Javier Calvo y Javier Ambrossi para la plataforma Movistar Plus+.​ Esta misma plataforma lanzó en noviembre de 2024 la miniserie Celeste, de Diego San José y Elena Trapé, en la que interpreta a la protagonista.