Кардинале (настоящее имя — Клод Жозефин Роз Кардинале) родилась в Тунисе в 1938 году в семье итальянских иммигрантов. В 1958 году она дебютировала в фильме Марио Моничелли «Обычные незнакомцы» в эпизодической роли.
ANSA называет ее «последней из великих итальянских звезд золотых лет кино». Клаудия работала вместе с актерами Марчелло Мастроянни, Марлоном Брандо, Аленом Делоном, Брижитт Бардо и другими. Снялась во множестве картин, включая «Рокко и его братья» Лукино Висконти, «Восемь с половиной» Федерико Феллини, «Однажды на Диком Западе» Серджо Леоне и в других.
С 2000 года Кардинале была послом доброй воли ЮНЕСКО по правам женщин. Ее последней работой стала лента «Римские свидания» Эллы Лемхаген 2015 года.