Entrée à la Comédie-Française en 1887 ; départ en 1888 ; retour en 1900 ; sociétaire en 1902 ; retraitée en 1926 ; sociétaire honoraire en 1927.

Fille d'un fusillé de la Commune, Caroline Eugénie Segond-Weber, dite Madame Segond-Weber, a très jeune la vocation du théâtre. Après les leçons de diction de Dupont-Vernon, elle est admise au Conservatoire dans la classe de Got et remporte en 1885 un triomphal premier prix de Tragédie. Engagée à l'Odéon, elle est la révélation de l'année dans Les Jacobites de François Coppée. La Comédie-Française et l'Odéon se disputent la jeune tragédienne qui, après de nouveaux succès dans Michel Pauper d'Henry Becque et Le Songe d'une nuit d'été, passe à la Comédie-Française. Elle y joue Doña Sol et Hermione. Pendant les dix années qui vont suivre, on la retrouve tantôt à l'Odéon, tantôt en tournée avec Mounet-Sully, tantôt au Châtelet, tantôt dans les théâtres antiques du midi de la France. Elle a pris, en 1886, le nom de son mari, l'acteur Léon Segond, dont elle se sépare en 1909.
Elle revient à la Comédie-Française en 1900, triomphe en 1902 dans le rôle de Guanhumara des Burgraves et est nommée sociétaire la même année. Elle est l'incarnation même de la tragédie, silhouette harmonieuse à la gestuelle pathétique, voix sonore et pleine, diction sans faille. Elle incarne toutes les héroïnes de Racine, de Corneille et des tragiques grecs, atteint les sommets de son art en 1904 lorsqu'elle interprète Sémiramis aux arènes de Nîmes. Elle joue aussi les tragédies renouvelées des anciens, signées Jules Bois (La Furie), Alexandre Parodi (Rome vaincue), Albert du Bois (L'Hérodienne), François Coppée, Henri de Bornier...

C'est elle qui crée en 1928 La Torche sous le boisseau de Gabriele d'Annunzio, alors qu'elle vient d'être nommée sociétaire honoraire. Elle continue d'ailleurs à jouer pendant plusieurs années, notamment les rôles d'Agrippine (Britannicus), de Cléopâtre (Rodogune) et d'Athalie. Elle s'est occupée du Théâtre d'Orange, a participé aux représentations du Théâtre aux armées et, dès 1916, fait partie du Conseil supérieur du Conservatoire national.

Elle fut, pour Cocteau et sa génération, l'un des « monstres sacrés » du théâtre et inaugura, en 1920, des « Matinées poétiques » à la Comédie-Française.