Камилла Тревер училась в немецкой школе в Петербурге (1902-1907), затем на историческом отделении Бестужевских курсов (1907-1914), была ученицей Ф.Ф. Зелинского, И.М. Гревса. В годы учебы она участвовала в экспедициях в Крым и Среднюю Азию, с 1913 года работала в Археологической комиссии, занималась изучением и описанием археологических памятников Ольвии. В 1914 году Камилла Тревер экстерном сдала экзамены за курс историко-философского факультета Петербургского университета.
Помимо научных занятий Камилла Тревер серьезно занималась танцами. В 1918 году она стала членом танцевальной группы «Гептахор» (в переводе с греческого — семеро танцующих). В группу вошли ее сокурсницы по Бестужевским курсам, в том числе и ее сестра Ильза. В 1920-х годах «Гептахор» развивал принципы свободного танца Айседоры Дункан, в 1927 году получил статус Государственной студии музыкального движения.
С 1919 года К.В. Тревер работала в Академии истории материальной культуры и одновременно в Эрмитаже. До 1926 года она была хранителем Строгановского дворца, который являлся филиалом Эрмитажа. С 1922 года Тревер занималась историей и искусством Востока под руководством В.В. Бартольда, И.А. Орбели, С.Ф. Ольденбурга, А.А. Фреймана. В 1926 году она стала доцентом кафедры иранистики Ленинградского университета, с 1928 года работала в отделе Востока Эрмитажа. К.В. Тревер стала автором более ста научных статей и книг по античной истории, литературе, истории культуры Востока; по археологии, истории и искусству Кавказа, Средней Азии, Ирана. Она исследовала проблемы взаимодействия и взаимовлияния эллинской и восточной культур, выдвинула теорию о существовании в Бактрии после завоевания ее Александром Македонским самобытного искусства, сочетавшего местные и греческие элементы. В 1939 году К.В. Тревер была присвоена степень доктора исторических наук. Во время Великой Отечественной войны она находилась в эвакуации в Ташкенте, работала в Узбекском филиале АН СССР (1941-1943), затем в Ереване в Институте истории Академии наук Армении (1943-1945). После окончания войны К.В. Тревер вернулась в Ленинград.