Nació en São Paulo, Brasil, en el seno de una familia de músicos, siendo su padre compositor, arreglista y musicólogo. De su padre aprendió a apreciar a los compositores brasileños de música clásica, en particular a Heitor Villa-Lobos, Ernesto Nazaré y Orlando Silva.
A los quince años ya había decidido convertirse en músico y al final de la adolescencia había estudiado teoría musical, así como el violão (guitarra brasileña de cuerdas de nylon). Sus canciones revelan muchas influencias, que incluyen la samba, la valsa, el choro, el soul, el rhythm and blues, el hip hop, el afrobeat y la música electrojazz.
En particular, cita como influencias la música de las afroamericanas Billie Holiday, Ella Fitzgerald, Lauryn Hill y Erykah Badu, así como el brasileño Jorge Ben.
Céu ya actuaba en el escenario con grandes artistas y exploraba el repertorio de las marchinhas (música de carnaval de principios de siglo) al final de su adolescencia. Poco después se trasladó temporalmente a Nueva York, donde tuvo un encuentro fortuito con el músico brasileño Antônio Pinto. Más tarde se enteró de que él era en realidad un primo lejano. Su relación se reanudó cuando él se asoció con el productor principal Beto Villares, compositor de la partitura de la película O Ano em Que Meus Pais Saíram de Férias (2007), para ayudarla a grabar su álbum. Pinto, que produjo la canción «Ave Cruz» de Céu, es el compositor de la partitura musical de dos películas nominadas al Oscar, Estación Central (1999) y Ciudad de Dios (2002).
Publicado originalmente en 2005 en el sello paulista Urban Jungle, Céu fue seleccionada por Six Degrees/Starbucks/Hear Music en Estados Unidos y Reino Unido, JVC en Japón y Harmonia Mundi en Francia y Holanda. Por este álbum, Céu recibió una nominación a los Grammy Latinos como «Mejor Artista Nuevo» en 2006 y una nominación a los Grammy como Mejor Álbum de Música Mundial Contemporánea en 2008.
En 2009, su segundo álbum, Vagarosa, aclamado por la crítica, alcanzó el número 2 en las listas de World Music de Billboard de Estados Unidos. Desde entonces, el álbum ha sido nominado al premio Grammy Latino 2010 al mejor álbum de pop contemporáneo brasileño. En 2010, Céu fue invitada por Herbie Hancock a grabar una versión de «Tempo de Amor» para el álbum The Imagine Project.
En 2011, contribuyó con una versión del tema «It’s a Long Way» en colaboración con Apollo Nove y N.A.S.A. para el más reciente álbum benéfico de la organización Red Hot + Rio 2. El álbum es una continuación del Red Hot + Rio de 1996. En 2012, Céu recibió su tercera nominación al Grammy Latino como «Mejor Álbum de Pop Brasileño Contemporáneo» por su tercer álbum Caravana Sereia Bloom.
En 2014, lanzó en Brasil su primer DVD/CD en vivo titulado Céu – Ao Vivo, el concierto fue filmado en agosto de 2014 en São Paulo y contiene 15 temas en total, incluyendo las versiones nunca antes publicadas de los clásicos de todos los tiempos «Piel Canela» y «Mais Uma Noite de Amor», imágenes detrás de las escenas de la banda y más. Céu – Ao Vivo también incluye versiones en vivo de los grandes éxitos de Céu, «Lenda», «Malemolência», «10 Contados», «Cangote» y «Baile de Ilusão».
En 2016, lanzó su cuarto álbum de estudio llamado Tropix. Combinando ritmos electrónicos con ritmos brasileños, fue aclamada por la crítica en medios como The Guardian y The New York Times. También ganó, en el mismo año, su primer Grammy Latino en la categoría de Mejor Álbum de Pop Contemporáneo en Lengua Portuguesa.
Su álbum APKÁ fue considerado uno de los 25 mejores álbumes brasileños del segundo semestre de 2019 por la Asociación Paulista de Críticos de Arte.