Caroline Guigay a soutenu une thèse intitulée “Le cinéma au prisme de la durée. Les courts métrages en France, entre institutionnalisation d'une catégorie artistique et bouleversements numériques” (Université Sorbonne nouvelle - Paris 3, décembre 2020). Elle s'y intéresse à la fabrique historique des temporalités artistiques, aux politiques culturelles du cinéma ainsi qu'aux enjeux esthétiques, de production et de diffusion des courts métrages, entre cinéma d'avant-garde, œuvres de jeunesse et pratiques amateurs.
Ses recherches actuelles portent sur l'économie et l'écologie de l'attention dans le cinéma, avec un intérêt pour les formes filmiques natives d'internet, sur l'histoire sociale et économique du cinéma, de ses métiers et de ses techniques, ainsi que sur les coproductions internationales entre réalisations collectives, histoire des festivals et politiques culturelles.