Клэр Кэтрин Дэйнс родилась в Манхэттене в семье Кристофера Дэйнса — специалиста по компьютерам, и Карлы Дэйнс — художника и промдизайнера, которая впоследствии была менеджером Клэр. Её дед по отцовской линии Гибсон Дэйнс (1910–1992) был деканом художественно-архитектурной школы в Йельском университете. У неё есть старший брат Аса Дэйнс (род. 1973), который закончил Oberlin College и работает адвокатом на юридическую компанию Paul Hastings. Клэр описывает себя как «WASP до мозга костей».

Дэйнс посещала Dalton School и Professional Performing Arts School в Нью-Йорке, затем привилегированную частную школу Lyc e Francais de Los Angeles в Лос-Анджелесе. В 1998 году Дэйнс поступила в Йельский университет. После обучения в течение двух лет на психологическом отделении, она оставила университет, чтобы сосредоточиться на актёрской карьере.

Карьера Дэйнс началась с появления в эпизоде телесериала «Закон и порядок». Через два года она появилась в эпизоде другого телесериала Lifestories: Families in Crisis.

В 1994 году Клэр снялась в телесериале «Моя так называемая жизнь», который и принёс ей большую популярность. Роль 15-летней Анджелы Чейз, интроспективного и умного подростка, принесла Дэйнс первую статуэтку «Золотого глобуса» и номинацию на «Эмми». Сериал стал культовым, несмотря на то, что было снято всего 19 эпизодов.

После успешного старта на телевидении Клэр перешла в кино. С 1994 по 1995 год актриса снялась в нескольких фильмах, среди которых были «Маленькие женщины», «Лоскутное одеяло» и «Семейный праздник».

Свою первую главную роль Клэр получила в 1996 году, исполнив роль Джульетты в мелодраме «Ромео + Джульетта». Тогда её партнёром по съёмочной площадке был Леонардо Ди Каприо. Позднее в этом же году она отказалась от предложенной ей главной роли в фильме-катастрофе «Титаник», в итоге доставшееся Кейт Уинслет.

В 1997 году Клэр Дэйнс работала вместе с двумя известными режиссёрами: она появилась в роли изнасилованной женщины Келли Рикер в фильме Фрэнсиса Форда Копполы «Благодетель» и дрянной девушки Дженни в криминальном фильме Оливера Стоуна «Поворот». В 1998 году она приняла участие в экранизации романа Виктора Гюго «Отверженные» и комедийно-драматическом фильме «Польская свадьба».

В 1999 году она дебютировала в озвучивании мультфильма «Принцессы Мононоке». В том же году она играла одну из первых ролей в «Разрушенном дворце» наряду с Кейт Бекинсейл и Биллом Пуллманом. После этого Дэйнс временно прекратила карьеру для продолжения образования в Йельском университете.

В 2002 году Дэйнс вернулась в кино. Она играла роль дочери Мерил Стрип в номинировавшемся на «Оскар» фильме «Часы», вместе с Николь Кидман, Джулианной Мур и Эдом Харрисом. В следующем году она снималась в фильмах «Терминатор 3: Восстание машин» и «Красота по-английски». Весьма критично оценивалась её работа в фильмах 2005 года «Продавщица» и «Привет семье».

В 2007 году Дэйнс появилась в фэнтэзи «Звёздная пыль» c Мишель Пфайффер и Робертом де Ниро. Клэр описала фильм как «классическая модель романтической комедии». В этом же году она приняла участие в съёмках триллера «Паства» с Ричардом Гиром.

В 2010 году Дэйнс снялась в биографическом телефильме HBO «Тэмпл Грандин», где она исполнила одноимённую роль женщины-доктора, страдающей аутизмом. Фильм получил массу положительных отзывов, а Тэмпл Грандин собственной персоной высоко оценила игру Клэр. Актриса была удостоена множества наград, среди которых были первые в её карьере «Эмми» и Премия Гильдии киноактёров США, а на церемонии вручения «Золотого глобуса» ей была вручена вторая статуэтка.

В 2010 году Клэр Дэйнс получила роль в новом телесериале канала Showtime под названием «Чужой среди своих», в котором играет агента ЦРУ Кэрри Мэтисон. За главную роль Дэйнс в очередной раз была награждена премиями «Эмми» и «Золотой глобус».

В 2013 году на юбилейной 70-й церемонии премии «Золотой глобус» Дэйнс в 4-й раз стала обладательницей этой премии.

Помимо кино и телевидения, Дэйнс принимала участие и в различных театральных постановках. В постановках «Happiness», «Punk Ballet» и «Kids On Stage» она поставила свой собственный танец. В сентябре 2007 года Дэйнс дебютировала на Бродвее в пьесе Бернарда Шоу «Пигмалион» в роли Элизы Дулитл.

В 1997 году она написала предисловие к книге Нила Геймана «Death: The Time of Your Life».

В течение шести лет Клэр встречалась с австралийским певцом Беном Ли, но в 2003 году их отношения завершились. Некоторое время она встречалась с коллегой по фильмам «Красота по-английски» и «Принцесса Мононоке» Билли Крадапом. В декабре 2006 года они расстались.

С сентября 2009 года Клэр замужем за актёром Хью Дэнси (род. 1975), с которым она встречалась 2 года до их свадьбы. У супругов есть сын — Сайрус Майкл Кристофер Дэнси (род. 17.12.2012)

Все фильмы с участием Клэр Дэйнс:

39. Крут как я (2013) As Cool as I Am ... Lainee Diamond

38. 19th Annual Screen Actors Guild Awards (ТВ, 2013) 19th Annual Screen Actors Guild Awards ... играет саму себя - Nominee, и хроника

37. Чужой среди своих (сериал, 2011 – ...) Homeland ... Carrie Mathison

36. Детский сад поэзии (ТВ, 2011) A Child's Garden of Poetry ... озвучка

35. The Kennedy Center Honors: A Celebration of the Performing Arts (ТВ, 2010) The Kennedy Center Honors: A Celebration of the Performing Arts

34. Тэмпл Грандин (ТВ, 2010) Temple Grandin ... Temple Grandin

33. Я и Орсон Уэллс (2008) Me and Orson Welles ... Sonja Jones

32. Звездная пыль (2007) Stardust ... Yvaine

31. Вечер (2007) Evening ... Ann Grant

30. Паства (2006) The Flock ... Allison Lowry

29. Привет семье! (2005) The Family Stone ... Julie Morton

28. Продавщица (2005) Shopgirl ... Mirabelle

27. Красота по-английски (2004) Stage Beauty ... Maria

26. Терминатор 3: Восстание машин (2003) Terminator 3: Rise of the Machines ... Kate Brewster

25. Неисправимый оптимист (2003) The Rage in Placid Lake ... Girl at Seminar

24. Всё о любви (2002) It's All About Love ... Elena

23. Часы (2002) The Hours ... Julia Vaughan

22. Игби идет ко дну (2002) Igby Goes Down ... Sookie

21. Жизнь Роува (сериал, 2000 – 2009) Rove Live ... Yvaine, и хроника

20. Разрушенный дворец (1999) Brokedown Palace ... Alice Marano

19. Отряд «Стиляги» (1999) The Mod Squad ... Julie Barnes

18. Отверженные (1998) Les Mis rables ... Cosette

17. Польская свадьба (1998) Polish Wedding ... Hala

16. Благодетель (1997) The Rainmaker ... Kelly Riker

15. Поворот (1997) U Turn ... Jenny

14. Принцесса Мононоке (1997) Mononoke-hime ... San, озвучка, английская версия

13. Ромео + Джульетта (1996) Romeo + Juliet ... Juliet

12. Джиллиан на день рождения (1996) To Gillian on Her 37th Birthday ... Rachel Lewis

11. Я люблю тебя, я тебя не люблю (1996) I Love You, I Love You Not ... Daisy/Young Nana

10. Надоедливый поклонник (1995) The Pesky Suitor ... короткометражка

9. Dead Man's Jack (1995) Dead Man's Jack ... короткометражка

8. Домой на праздники (1995) Home for the Holidays ... Kitt Larson

7. Лоскутное одеяло (1995) How to Make an American Quilt ... Young Glady Joe

6. Маленькие женщины (1994) Little Women ... Beth March

5. Моя так называемая жизнь (сериал, 1994 – 1995) My So-Called Life ... Angela Chase

4. Geoffrey Beene 30 (1993) Geoffrey Beene 30 ... Girl- короткометражка

3. No Room for Opal (ТВ, 1993) No Room for Opal ... Gail

2. Любовные грезы (1990) Dreams of Love ... Edith Lammers- короткометражка

1. Закон и порядок (сериал, 1990 – 2010) Law & Order ... Tracy Brandt