Cyrielle Clair débute au théâtre, au côté de Jean Le Poulain, dans une comédie noire Le Dîner d’affaires. Elle est choisie par Jean-Louis Barrault qui lui offre le premier rôle de L’Amour de l’Amour, où elle a pour partenaire Lambert Wilson. Barrault la met en scène une seconde fois dans la tragédie romantique de Victor Hugo Angelo, tyran de Padoue.

Après un premier grand rôle au cinéma dans Tusk d’Alajandro Jodorowsky, Cyrielle incarne l’amoureuse de Jean-Paul Belmondo dans Le Professionnel de Georges Lautner. Elle est ensuite dirigée par Alain Robbe-Grillet dans un film à l’atmosphère surréaliste La Belle Captive. Dans le film Le Joli Cœur, elle est la partenaire de Francis Perrin, qu’elle retrouvera au théâtre dans la comédie de Woody Allen Une aspirine pour deux. Poursuivant au cinéma une carrière internationale, elle joue aux côtés de Ed Harris dans Code name Emerald, et de Sean Connery dans Sword of the Valiant, entre autres.

De retour sur les planches, à la Comédie Française elle incarne Hélène dans la pièce de Jean Giraudoux La Guerre de Troie n’aura pas lieu, avant de devenir l’héroïne de Luigi Pirandello dans Se Trouver.

Alternant les rôles sur grand et petit écran, elle est, au côté de Christopher Plummer l’héroïne de la série Counterstrike, et de la mini-série l’Ombre d’un crime de Jean Sagols.

Cyrielle participe à plusieurs films de Claude Lelouch, ainsi qu’à la comédie déjantée de Michaël Youn Incontrôlable et aussi San Antonio de Frédéric Auburtin, les Randonneurs à St Tropez de Philippe Harel, et Sans état d’âme de Vicenzo Marano. Eric Rohmer la dirige dans Triple Agent, et Lina Wertmüller dans Shampoo, Shampoo.

Sur scène encore, elle est Une femme parfaite au côté de Roger Hanin, et la femme d’Un mari idéal d’Oscar Wilde.

Dernièrement, elle a joué Grasse Matinée de René de Obaldia, le Kid d’Hippolyte Wouters et Marlene is back qu'elle a coécrit avec Gérard Chambre.