14 yaşına kadar Afrika'da yaşadı. IDHEC, Fransız Film Okulu'ndan mezun oldu. Wim Wenders, Jim Jarmush, Jacques Rivette ve Costa-Gavras gibi önemli yönetmenlerin yanında asistanlık yaptı.

İlk yönetmenlik ve senaristlik denemesi olan "Chocolat" ile Altın Palmiye ve En İyi Yönetmen Cesar'ına aday gösterildi. Bu filmde Afrika'daki deneyimlerini kullanarak 1950'lerin Batı Afrika'sında yaşayan fransız bir genç kızın duygusal çatışmalarını ve dönemin koloni hayatını anlattı.

İkinci filmi olan "Man No Turn", Fransa'ya ilk defa gelen Kamerunlu bir müzik grubun hikâyesiydi. Bundan sonraki filmi olan "No Fear, No Die" ise Fransız toplumunun dışında yaşayan biri Karayipli öteki Afrikalı iki siyah gencin hikâyesini anlatır. Önceki filmlerindeki gibi bu filmiyle de ırksal çatışmalara ve aidiyet olgusuna odaklandı.

Herman Melleville'in 'Billy Budd, Sailor' adlı kitabına dayanan "Beau Travail" adlı filmi ile kitabı filme başarılı bir şekilde oturtmasıyla eleştirmenlerden övgü aldı. Claire Denis, çağdaş Fransız sinemasının en önemli yönetmenlerinden biridir.