克莱尔·丹尼斯6岁时开始学习现代舞，9岁时她参加了Lee Strasberg Studio的表演课程。六年级和七年级，在纽约的Professional Performing艺术学校学习表演，同时还参加了体操训练。1998年导演奥利弗·斯通亲自写推荐信给耶鲁大学，在耶鲁大学期间她攻读的是心理学，完成两年的课程后，放弃学业专心于表演事业。
1992年克莱尔在NBC电视剧《法律与秩序》中客串饰演一名模特。之后陆续出演过一些电视剧集。1994年，她主演了电视剧《我所谓的生活》，凭借此剧获得了艾美奖和金球奖提名，并在1995年获得金球奖剧集类最佳女主角奖。同年她还与薇诺娜·瑞德合作出演了电影《小妇人》。
1996年，她与莱昂纳多·迪卡普里奥合作主演了电影《罗密欧与茱丽叶后现代激情篇》，饰演女主角茱丽叶。
1997年她参演了马特·达蒙主演的电影《造雨人》。
1999年，为日本动画电影《幽灵公主》英文版配音。同年还出演了由1970年电视剧改编的电影《卧底侦缉队》。
2002年，她主演了电影《伊比的堕落》。
2003年，她在电影《时时刻刻》中饰演梅丽尔·斯特里普的女儿。
2005年，她主演了史蒂夫·马丁同名小说改编电影《导购女郎》。
2007年，她出演了《星尘》、《夜幕》、《羊群》三部电影。
2009年，她在电影《我和奥逊·威尔斯》中饰演Sonja Jones。
2010年2月6日，由她主演的电影《自闭历程》在美国上映，凭借此片她获得了2010年艾美奖最佳女主角奖，以及2011年金球奖最佳女主角奖。
2010年10月2日，由她主演的美剧《国土安全》在美国首播，她在剧中饰演一名CIA女特工凯莉。凭借该剧她蝉联2012年及2013年的金球奖和艾美奖剧情类最佳女主角奖。

20102月6日，由她主演的电影《自闭历程》在美国上映，凭借此片她获得了艾美奖最佳女主角奖，以及2011年金球奖最佳女主角奖。

2009她在电影《我和奥逊·威尔斯》中饰演Sonja Jones。

2007她出演了《星尘》、《夜幕》、《羊群》三部电影。

2005她主演了史蒂夫·马丁同名小说改编电影《导购女郎》。

2003她在电影《时时刻刻》中饰演梅丽尔·斯特里普的女儿。

2002她主演了电影《伊比的堕落》。

1999为日本动画电影《幽灵公主》英文版配音；
同年还出演了由1970年电视剧改编的电影《卧底侦缉队》。

1997她参演了马特·达蒙主演的电影《造雨人》。

1996她与莱昂纳多·迪卡普里奥合作主演了电影《罗密欧与茱丽叶后现代激情篇》，饰演女主角茱丽叶。

1994她主演了电视剧《我所谓的生活》，凭借此剧获得了艾美奖和金球奖提名，并在1995年获得金球奖剧集类最佳女主角奖；
同年她还与薇诺娜·瑞德合作出演了电影《小妇人》。

1992克莱尔在NBC电视剧《法律与秩序》中客串饰演一名模特；
之后陆续出演过一些电视剧集。