
Caroline Sheen (Caerleon, 7 gennaio 1976) è un'attrice e cantante gallese, nota soprattutto come interprete di musical.
Nata e cresciuta in Galles, ha studiato recitazione alla Guildford School of Acting. Subito dopo il diploma ha esordito sulle scene londinesi in Grease, in cartellone al Cambridge Theatre, nel ruolo di Marty. Nel 1998 ha recitato in Into the Woods alla Donmar Warehouse, mentre l'anno dopo era nel cast della prima mondiale di Mamma Mia! nel West End.
Nel 2000 ha interpretato Jennifer nella prima assoluta di The Witches of Eastwick nel Theatre Royal Drury Lane. Successivamente ha recitato più volte in Les Misérables: nel 2001 e nel 2002 nel ruolo di Éponine, nel 2004 nell'ensemble per una speciale rappresentazione davanti alla regina, nel 2011 nel ruolo di Fantine a Londra e poi come comparsa nell'adattamento cinematografico diretto da Tom Hooper nel 2012.
Nel 2003 ha recitato con la Royal Shakespeare Company in Chitty Chitty Bang Bang al London Palladium, mentre l'anno dopo ha cantato come Philia in A Funny Thing Happened on the Way to the Forum al National Theatre. Nel 2009 ha recitato nella prima britannica di The Light in the Piazza al Curve Theatre di Leicester nel ruolo della coprotagonista Clara, accanto a Matt Rawle e Graham Bickley. Nel 2010, invece, è stata l'eponima protagonista nella tournée statunitense del musical Mary Poppins. Nel 2019 è tornata a recitare nel West End londinese in 9 to 5 di Dolly Parton, in cartellone al Savoy Theatre, mentre nel 2026 è ritornata al National Theatre in Pride.
È cugina dell'attore Michael Sheen ed è sposata con l'attore Michael Jibson, da cui ha avuto una figlia nel 2012.