Entrée à la Comédie-Française le 1er septembre 1979, Claude Mathieu est nommée sociétaire le 1er janvier 1985. Récemment, elle a interprété Orsola dans Il campiello de Goldoni mis en scène par Jacques Lassalle, Elvire dans Le Cid de Corneille mis en scène par Brigitte Jaques-Wajeman, Olga dans Place des Héros de Thomas Bernhard mise en scène par Arthur Nauzyciel, la Femme dans Le Privilège des chemins de Fernando Pessoa mis en scène par Éric Génovèse, Mardochée dans Esther de Racine mise en scène par Alain Zaepffel, Anne dans Quatre quatuors pour un week end de et mis en scène par Gao Xingjian, Anna Jarvis dans Arcadia de Tom Stoppard mise en scène par Philippe Adrien, Andromaque dans Andromaque de Racine mise en scène par Daniel Mesguich.