De 2004 à 2008, Caroline Bourgeois est la directrice artistique du Frac Ile-de-France – Le Plateau à Paris où elle assure le commissariat d’expositions marquantes, aussi bien collectives (« Ralentir vite », « Société Anonyme ») que personnelles (Loris Gréaud, Adel Abdessemed, Cao Fei).

Elle a également organisé de grandes collaborations artistiques dans l’espace public avec Dominique Gonzalez-Foerster à Paris, puis avec Pierre Huyghe à Venise. Ces dialogues entre les artistes et la Collection Pinault se poursuivent au Palazzo Grassi et à la Punta della Dogana, à travers des expositions monographiques, notamment d’Urs Fischer, de Martial Raysse, Albert Oehlen et Luc Tuymans, et des expositions co-conçues notamment avec Dahn Vo, Muna El Fituri et Thomas Houseago.

De grandes expositions collectives voient également le jour, dont « Passage du temps » à Lille (2008) « Qui a peur des artistes ? » à Dinard (2009) « A triple tour » à la Conciergerie à Paris (2013) « Debout ! » à Rennes (2018).