Kerstin Thielemann absolvierte ihr Schauspielstudium an der Theaterhochschule „ Hans-Otto“ Leipzig. Es folgten zahlreiche Fest- und Gastengagements an verschiedenen Theater: Staatstheater Dresden, Theater Senftenberg, Schauspiel Bonn (1987-1994), Schauspiel Frankfurt, Stadttheater Aachen, Landestheater Neuss, Stadttheater Trier, Staatsoper Hannover, Theater im Bauturm Köln, Theater der Keller Köln.

Außerdem spielt sie in zahlreichen Film- und Fernsehproduktionen (u.a. 1996 – 2005 als Dr. Borstel in der mehrfach ausgezeichneten Serie „Nikola“, 2003 – 2019 als Oberstaatsanwältin Schrankmann für „Alarm für Cobra 11“).

Seit 2000 ist sie für verschiedene Fernsehproduktionen als Schauspielcoach tätig und seit 2018 als Dozentin für Schauspielführung an der WAM Dortmund.

Als Sprecherin ist sie regelmäßig bei DLF und WDR zu Gast.