I genitori sono d’origine siciliana. Nel 1957 vince un concorso di bellezza e gira un film modesto. Nel 1958 si trasferisce con la famiglia in Italia. Vuole fare l’insegnante, ma poi decide di iscriversi al Centro Sperimentale di Cinematografia. Abbandona la scuola di recitazione. Una sua foto pubblicata in un settimanale le procura un contratto con la Vides di Franco Cristaldi. Recita in film importanti: nel 1958 I soliti ignoti di Mario Monicelli accanto a Vittorio Gasmann, Totò, Marcello Mastroianni e Renato Salvatori. Nel 1959 nella pellicola di e con Pietro Germi Un maledetto imbroglio.

Il 1960 è un anno di ruoli molti importanti. A cominciare da Il bell’Antonio di Mauro Bolognini, in coppia con Marcello Mastroianni. Poi nel film I delfini di Francesco Maselli. E’ presente anche nel sequel Audace colpo dei soliti ignoti, questa volta diretta da Nanni Loy. Ma il vero successo arriva con il film intenso e drammatico di Luchino Visconti Rocco e i suoi fratelli. Recita insieme ad Alain Delon e di nuovo a Renato Salvatori. In questi anni rimane incinta, ma non rivela mai chi sia il padre. Nel 1967 sposa il produttore Franco Cristaldi, che adotta il bambino.

Nel 1961 interpreta La ragazza con la pistola di Luigi Comencini, opera molto sofferta. Nel 1962, diretta da Mauro Bolognini, con Anthony Franciosa, recita in Senilità, tratto dal romanzo di Italo Svevo. Nel 1963 il film tratto dal romanzo di Carlo Cassola La ragazza di Bube, di nuovo diretta da Comencini. La pellicola ottiene il Nastro d’Argento. Il trionfo giunge sempre nel 1963 con il film di Luchino Visconti Il Gattopardo. Con lei recitano Burt Lancaster, Alain Delon, Paolo Stoppa e Romolo Valli.

Si trasferisce ad Hollywood: nel 1963 recita nella commedia La pantera rosa diretta da Blake Edwards con Peter Sellers e David Niven. Nel 1964 con Rita Hayworth e John Wayne partecipa alla produzione del film Il circo e la sua grande avventura. Alterna opere italiane a film americani. Nel 1966 recita ne I Professionisti, diretta da Richard Brooks, insieme a Burt Lancaster. Nel 1968 recita nel film C’era una volta il West, diretta da Sergio Leone con attori del calibro di Charles Bronson e Henry Fonda.

Negli anni Settanta la vita privata prende il sopravvento su quella professionale. Dopo aver interpretato Libera, amore mio nel 1975, diretta da Mauro Bolognini e Il comune senso del pudore di e con Alberto Sordi nel 1976, si separa dal marito Franco Cristaldi. Il suo nuovo compagno è il regista Pasquale Squitieri.

I film seguenti sono diretti tutti da Squitieri: nel 1977 Il prefetto di ferro; nel 1978 L’arma e nel 1978 Corleone. Nel 1977 ha una parte nella produzione italo-inglese Gesù di Nazareth, diretta da Franco Zeffirelli.

Gli anni Ottanta cominciano con la splendida interpretazione drammatica nel film Pelle del 1981, diretta da Liliana Cavani. E’ la principessa napoletana Consuelo Caracciolo. Segue un film internazionale: Fitzcarraldo (1981) diretta da Werner Herzog con Klaus Kinski. Il film è girato in condizioni disagevoli nella giungla amazzonica, presso Iquitos. Con Squitieri torna a lavorare nel ruolo di Claretta Petacci amante di Benito Mussolini, nel film Claretta (1984). Nello stesso anno è diretta da Marco Bellocchio in Enrico IV ed interpreta per la televisione, lo sceneggiato La storia (1986) diretta da Luigi Comencini.

Nel 1993 è la protagonista del sequel della pantera rosa. Interpreta accanto a Roberto Benigni il Figlio della pantera rosa(Son of the Pink Panter) , diretta da Blake Edwards. Nello stesso anno riceve il Leone d’Oro alla carriera al Festival di Venezia.

Nel 1999 interpreta se stessa nel film-documentario Luchino Visconti, diretta dallo storico del cinema italiano Carlo Lizzani. Subito dopo recita nella pellicola in costume Li chiamarono Briganti!, accanto ad Enrico Lo Verso, Roberta Armani e Giorgio Albertazzi, diretta da Pasquale Squitieri.

Ha pubblicato la sua autobiografia: Io Claudia, tu Claudia.

Febbraio 2002. Al Festival di Berlino riceve l'Orso d'oro alla carriera.