Corinne Le Poulain fait ses débuts au théâtre dans la pièce Quarante carats de Pierre Barillet et Jean-Pierre Gredy, en 1967. La même année, toujours au théâtre on peut la voir dans Oscar aux côtés de Louis de Funès. Par la suite, elle est la partenaire de Jean Marais dans La Provocation. Au théâtre, elle incarne Suzon dans la reprise de Huit femmes (diffusé à la télévision française dans le cadre de l'émission Au théâtre ce soir en 1972).
Elle connaît une grande popularité en jouant l'héroïne Sally dans la série Sam et Sally (1978) aux côtés de Georges Descrières. Elle ne put participer à la seconde saison pour cause de grossesse et fut remplacée par Nicole Calfan.
Elle est connue du grand public pour ses nombreux rôles sur le petit écran (Navarro, Arsène Lupin…). Elle a interprété des génériques, pour le film Le Château de Cagliostro et a interprété les chansons du film Le Magicien d'Oz sorti en 1985[4]. A la radio, elle a également fait partie de l'équipe de l'émission Les Grosses Têtes entre 1982 et 1985 sur RTL. Enfin, elle a interprété Solange, la mère de Vincent Chaumette dans Plus belle la vie, en 2005. La fin de sa carrière est principalement consacrée au théâtre.
Corinne Le Poulain meurt à Paris 15e le à l'âge de 66 ans, des suites d'un cancer foudroyant[1],[5],[6]. Ses obsèques ont eu lieu le dans l'église Saint-Roch à Paris, comme celles de son oncle Jean, près de 30 ans auparavant, en présence de nombreuses personnalités du cinéma. Elle est crématisée dans la même ville.