Née en Grande-Bretagne, Claire Simon passe la majeure partie de son enfance dans le Var. Etudiante en ethnologie, arabe et berbère, elle décroche des stages de montage grâce à la Cinémathèque d'Alger. Refusant d'intégrer une école de cinéma, elle tourne ses premiers courts métrages en autodidacte au milieu des années 70. Son passage aux Ateliers Varan se révèle décisif : elle y découvre les vertus du cinéma direct et décide de s'orienter vers le documentaire. Parallèlement à son travail de monteuse, elle réalise plusieurs courts métrages, dont La Police, primé au Festival de Belfort.

En 1991, Claire Simon signe pour le petit écran une série remarquée, Scènes de ménage, dans laquelle elle prend un malin plaisir à brouiller les frontières entre documentaire et fiction : dans chacun de ces dix films, une femme au foyer (Miou-Miou) accomplit une tâche domestique en pensant tout haut à sa vie conjugale. Un an plus tard, avec Récréations, elle observe la cruauté à l'oeuvre dans les cours d'école, mais le film ne sortira en salles qu'en 1998. Entretemps, la cinéaste s'est fait un nom dans le monde du documentaire grâce à Coûte que coûte, chronique de la faillite annoncée d'une petite entreprise de plats cuisinés. Ce portrait drôle et tendre de héros de la vie réelle remporte un beau succès critique en 1995.

En 1997, Claire Simon réalise son premier long métrage de fiction, Sinon, oui, inspiré d'une histoire vraie, celle d'une femme qui s'invente une grossesse. Après ce film dérangeant et sans concessions, présenté à Cannes dans le cadre de Cinémas en France, elle poursuit sa route hors des sentiers battus en tournant pour la télévision, avec les élèves du TNS, Ca c'est vraiment toi, objet hybride, à la fois marivaudage et documentaire sur les institutions européennes. S'emparant de récits authentiques, qui témoignent paradoxalement de son goût pour le romanesque, Simon filme le flirt de sa fille (800 km de différence) et écoute une amie lui raconter sa vie banale et unique (Mimi). Elle revient en 2006 sur le terrain de la fiction pure avec Ca brûle (présenté à la Quinzaine des Réalisateurs), autour d'une ado rebelle vouant un amour obsessionnel à un pompier.

Elle réalise en 2008 Les Bureaux de Dieu, un film préparé depuis la fin des années 1990 en recueillant des témoignages, traçant une maigre frontière entre documentaire et fiction. On retrouve cette caractéristique dans Gare du Nord (2013), l’occasion pour la cinéaste de comparer notre passage sur terre à un passage dans une gare.