Seu primeiro trabalho profissional foi aos 10 anos de idade, como manequim do costureiro Clodovil Hernandes. Aos 11 anos fez um tratamento para controlar o excesso de crescimento; aos 13 anos de idade já estava com 1,70 metro de altura, e isto a fazia se considerar "desengonçada"
No início de carreira de bailarina dançou profissionalmente nos Estados Unidos e na Argentina. Aos 13 anos, ganhou uma bolsa para estudar balé em Nova York e ficou lá por 4 anos. Estreou aos 17 anos na televisão brasileira como a personagem Carola, contracenando com o ator Jô Soares no quadro "Vamos Malhar" do programa Viva o Gordo, na Rede Globo.
Aos 15 anos de idade participou da versão brasileira do musical A Chorus Line, fazendo o papel de Sheila, uma personagem dezoito anos mais velha. Em 1984 posou pela primeira vez para a edição brasileira da revista masculina Playboy, ainda com o nome de Maria Cláudia. Posou novamente em 1985 e 1986, já como Cláudia Raia.
Em 1987, fez a feirante Tancinha da novela Sassaricando e depois em 1988, surpreendeu como a presidiária Tonhão, no quadro "As Presidiárias", no programa TV Pirata. O enorme sucesso das personagens lhe garantiu o reconhecimento como atriz.
Em 1984 começou a namorar o humorista Jô Soares. O romance durou dois anos. Casou com o ator e modelo Alexandre Frota em dezembro de 1986 e com ele permaneceu até 1989. Foi casada durante 17 anos com o também ator Edson Celulari, por quem se apaixonou durante as gravações da telenovela Deus nos Acuda, na qual faziam par romântico em 1992. Os dois anunciaram a separação no dia 26 de julho de 2010, de forma amigável.
No inicio do ano de 1997, com 4 anos de casamento, Edson e Cláudia, tiveram o filho Enzo. Cláudia foi convidada para fazer a vampira Mina da novela O Beijo do Vampiro, quando estava grávida pela 2ª vez da filha Sophia.[8] O autor usou a gravidez da atriz e a inseriu na história de sua personagem. Mina daria à luz no capítulo 109, no ar em 30 de dezembro de 2002, uma segunda-feira. Cláudia, então, deixou a trama e teve Sophia no início de 2003. Depois retornou à novela só nos últimos capítulos para finalizar o desfecho da personagem Mina.
Claudia atuou como Donatela Fontini da novela A Favorita, uma mulher que é acusada de um crime que a sua ex-melhor amiga Flora (Patrícia Pillar) cometeu. Foi sua primeira protagonista no horário nobre.[9] Seu sofrimento era tão grande na história que causou comoção nacional.
Em 2010, a atriz participou da novela "Ti Ti Ti" como a madame Jaqueline.
Atualmente interpreta Lívia Marini na novela Salve Jorge como a uma das vilãs da trama, Lívia é uma mulher sofisticada, estilosa e inteligente, acima de qualquer suspeita. O que fica na sombra é a atividade de agenciadora para tráfico de pessoas.