Après son baccalauréat, Cyrielle Clair fait ses études à l'université de Paris (la Sorbonne), où elle obtient une maîtrise en sciences économiques.
Elle débute à la fin des années 1970 au théâtre Marigny avec Jean Le Poulain, qui l'engagera à la Comédie-Française lorsqu'il en deviendra administrateur général, dans la comédie Le Dîner d'affaire.
En 1980, elle joue son premier rôle au cinéma dans Tusk, un film d'Alejandro Jodorowsky. Un an plus tard, elle incarne Alice Ancelin, la maîtresse de Josselin Beaumont, interprété par Jean-Paul Belmondo, dans Le Professionnel, de Georges Lautner (dans le générique, son nom est orthographié Cyrielle Claire). Elle a aussi joué dans des films étrangers au cours de sa carrière.
En 2001, la ministre de la Culture Catherine Tasca la nomme chevalier dans l'ordre des Arts et des Lettres.
En 2021, nous la retrouvons sur les planches dans "Marlène Dietrich, seule en scène", au théatre de la tour Eiffel.