Filha do ator Antonio Pitanga, a carioca Camila Pitanga sempre esteve acostumada à televisão e ao cinema. Aos seis anos de idade, ela aparece como figurante no filme Quilombo (1984), de Cacá Diegues. Cinco anos mais tarde, torna-se assistente de palco da apresentadora Angélica. Seu primeiro grande papel na televisão vem com a minissérie Sex Appeal (1993), que lhe abre as portas para diversas novelas de sucesso, como Fera Ferida, A Próxima Vítima, Porto dos Milagres e Mulheres Apaixonadas.
Sua estreia no cinema acontece com Super Colosso (1995), adaptação da série TV Colosso, da TV Cultura. Mas seu primeiro grande papel é sem dúvida em Caramuru - A Invenção do Brasil (2001), que comprova o talento da atriz para a comédia. De maneira seletiva, Pitanga escolhe principalmente os pequenos filmes e as produções ousadas, como Redentor (2004), de Claudio Torres, O Signo do Caos (2005), de Rogerio Sganzerla, e Sal de Prata (2005), de Carlos Gerbase.
Ela retoma as comédias populares em Saneamento Básico, O Filme (2007), produção de Jorge Furtado na qual ela divide a cena com Wagner Moura, Fernanda Torres, Lázaro Ramos e Paulo José. Com aparições cada vez menos frequentes no cinema, ela atua no drama biográfico Noel - Poeta da Vila (2007), antes de interpretar o papel principal em Eu Receberia as Piores Notícias dos Seus Lindos Lábios (2012), drama de Beto Brant no qual a atriz vive um triângulo amoroso.