Clotilde Courau est née le 3 avril 1969 à Levallois-Perret, et suit sa famille entre le Bénin et l'Egypte.
En 1985, âgée de 16 ans, elle abandonne ses études et décide de devenir comédienne. Elle s'inscrit aux cours Simon, aux cours Florent, à l'école de la rue Blanche à Paris tout en faisant des petits boulots (coller des affiches pour une marque de cigarettes, femme de ménage, shampouineuse ... ) et débute au théatre dans la compagnie Francis Huster.

Elle se fait remarquer au cinéma dans « Le petit criminel » de Doillon en 1990, qui lui vaudra un prix à Berlin.

Puis, elle part en tournée avec John Malkovitch pendant huit mois aux Etats-Unis.
Dès son retour, elle enchaîne « Cœur de métisse », « l'appât » de Bertrand Tavernier, « Tom est tout seul » avec Florent Pagny, puis enfin la révélation « Elisa » de Jean Becker avec Gérard Depardieu et Vanessa Paradis.
Elle tourne ensuite aux Etats-Unis, puis en France « la parenthèse enchantée ».
Puis, elle est à l'affiche dans deux thrillers « Exit » et « promenons-nous dans les bois ».
En 2000, elle reçoit le Prix Romy Schneider.
En 2002, elle tourne cinq films, Clotilde n'arrête pas.

Elle épouse Emmanuel Philibert de Savoie le 25 septembre 2003 à Rome et donne naissance à Vittoria de Savoie le 28 décembre 3003 et à Luise de Savoie le 16 out 2006.
Elle continue depuis sa carrière d'actrice et de comédienne avec succès entre l'Italie et la France.