474è Sociétaire de la Comédie-Française, elle est la marraine de théâtre de Guillaume Gallienne. Claude Mathieu se forme au conservatoire de Rouen (classe de Jean Chevrin) puis, intègre le Conservatoire national supérieur d’art dramatique où elle a pour professeurs Marcel Bluwal et Antoine Vitez. Elle joue dans : La Boutique de J. Worms, mis en scène par Philippe Strubelle - Jacques le Fataliste de Denis Diderot, mis en scène par Alain Bezu - La Comtesse, la Fausse Suivante de Marivaux, mis en scène par B. Bonvoisin - Dom Juan revient de guerre de O. von Horvath, mis en scène par Marcel Bluwal (Théâtre de l'Est Parisien) - Silvia, la Double Inconstance de Marivaux, mis en scène par Jacques Rosner - Fugue en mineur (e) de Pierre Léaud, mis en scène par Pierre Romans (Théâtre national de l'Odéon) - Marthe Du côté des Iles de Pierre Laville, mis en scène par Jacques Rosner (Théâtre national de l'Odéon)...

Entrée à la Comédie-Française le 1er septembre 1979, elle est nommée Sociétaire le 1er janvier1985. Elle incarne récemment le rôle d’Elvire dans Le Cid de Corneille mis en scène par Brigitte Jaques-Wajeman - Orsola dans Il campiello de Carlo Goldoni mis en scène par Jacques Lassalle - Olga dans Place des Héros de Thomas Bernhard mise en scène d’Arthur Nauzyciel – la Femme dans Le Privilège des chemins de Fernando Pessoa mis en scène par Eric Génovèse - Anne Jarvis dans Arcadia de Tom Stoppard, mis en scène par Philippe Adrien – Anne dans Quatre quatuors pour un Week end de et mis en scène par Gao Xingjian - Andromaque dans Andromaque, mis en scène par Daniel Mesguich...

Elle travaille aussi sous la direction de : Jean Pierre Roussillon, Antoine Vitez, Jean-Luc Boutté, Lluis Pasqual, Patrice Kerbrat, Daniel Benoin, Alain Françon…