Née à Nantes le 29 juillet 1881 dans une famille protestante, Cécile Lauru se forme d'abord au Conservatoire de sa ville natale. L'installation des siens à Paris en 1899 lui ouvre le Conservatoire de Paris puis la Schola Cantorum, où elle travaille la composition et le contrepoint auprès de Charles Tournemire. Pianiste, organiste, altiste et violoncelliste, elle entre en 1906 à la Société des compositeurs de musique.
De 1903 à 1914, elle est engagée comme institutrice et gouvernante — Lehrerin und Erzieherin — de la princesse Victoria-Louise de Prusse, à Berlin et à Potsdam. Elle y fait entendre ses œuvres à la cour impériale et fonde en 1909 un foyer destiné aux Françaises employées à Berlin. En 1914, elle épouse l'intellectuel roumain V. G. Paleolog.
À partir de 1923, sa vie se poursuit en Roumanie. Son écriture s'y transforme au contact des musiques traditionnelles des Carpates, qu'elle collecte et étudie : le poème symphonique Dimanche des Rameaux au monastère de Cozia (op. 54) en porte la trace. Proche de Constantin Brâncuși et d'Erik Satie, rencontrés à Montparnasse, elle donne en Roumanie des conférences sur Satie et sur la musique française moderne. Elle meurt à Paris, dans le 17ᵉ arrondissement, le 5 mars 1959.