Fille de l'acteur français Richard Bohringer, Romane Bohringer fait sa première expérience du septième art aux côtés de son père pour le film Kamikaze, alors qu'elle est encore adolescente. L'année de son bac, elle est engagée au théâtre par Peter Brook pour incarner Miranda dans La Tempête de Shakespeare. Cette expérience la bouleverse et la persuade définitivement de devenir comédienne. En 1992, Cyril Collard lui confie le rôle douloureux de Laura dans ses Nuits fauves. Succès-surprise, ce film lui apporte la célébrité et un César du Meilleur Espoir Féminin. Elle aime à camper des personnages tourmentés, jeune fille effacée vivant par procuration chez Claude Miller (L'Accompagnatrice), peintre introvertie pour Martine Dugowson (Mina Tannenbaum) ou encore déséquilibrée manipulatrice chez Gilles Mimouni (L'Appartement). Forte de sa popularité, Romane Bohringer est engagée en 1995 dans une grosse production européenne : elle incarne la femme envahissante de David Thewlis dans Rimbaud Verlaine d'Agnieszka Holland.

A la fin des années 1990, elle mène une activité théâtrale dense et s'éloigne un peu du grand écran, choisissant ses rôles avec parcimonie. Après quelques films confidentiels et courts métrages, Romane Bohringer revient sur le devant de la scène en 2001 avec le conte fantastique Le Petit Poucet. L'année suivante, sa route croise celle du réalisateur Benoît Cohen, qui lui offre l'un des rôles principaux de Nos enfants chéris puis de Qui m'aime me suive en 2005. L'actrice n'hésite pas à participer à des projets ambitieux : elle prête sa voix au documentaire animalier de Luc Jacquet, La Marche de l'empereur, suit Chantal Richard en Afrique pour le mélancolique Lili et le baobab, soutient le premier long métrage du jeune Djibril Glissant en incarnant une mystérieuse jeune femme dans son Eclaireur et n'hésite pas à jouer son propre rôle dans le film de Richard Bohringer, C'est beau une ville la nuit, adaptation de son roman homonyme.