Foi educada em uma escola de língua francesa e, por isso, sua voz precisou ser dublada em seus primeiros papéis no cinema italiano.

Na vida pessoal, Cardinale enfrentou uma gravidez secreta no início da carreira, que, segundo ela, resultou de um relacionamento abusivo. A atriz deu à luz a Patrick em Londres, em 1958, mas apresentava-o publicamente como seu irmão mais novo, enquanto ele era criado por seus pais.

Em 1963, Claudia Cardinale alcançou fama internacional ao estrelar “8½” de Federico Fellini. No mesmo ano, consagrou-se atuando ao lado de Burt Lancaster no clássico “O Leopardo”.

Como atriz em Hollywood, esteve em grandes filmes, a comédia “A Pantera Cor de Rosa”, dirigida por Blake Edwards, de 1963,, e “Era Uma Vez no Oeste”, de Sergio Leone, de 1968.