Claire Nebout, reçoit dès son plus jeune âge une formation en danse contemporaine, elle passe trois ans Centre International de danse. Elle conçoit par la suite plusieurs chorégraphies pour des spectacles montés dans le cadre de cette institution.

En 1983, elle tourne dans son premier court-métrage Epreuve en double de Renaud Bertrand, lorsqu'André Techiné, grand découvreur de talents du cinéma français, la remarque. Il lance sa carrière en lui offrant un rôle dans Le Lieu du crime, aux côtés de Catherine Deneuve et Wadeck Stanczak, dont elle joue la petite amie. Le film est présenté en sélection officielle à Cannes, et Claire Nebout est remarquée des professionnels dans un registre difficile, de rudesse et de violence.

Son physique particulier, lui confère une place à part dans le cinéma français. Son intense regard noisette, sa sylhouette avantageuse, lui permettent de jouer d'une distance troublante, sinon inquiétante, entre un immédiat sex appeal et des traits finalement assez durs. L'opposition entre ses qualités masculines et son sex-appeal se retrouve dans sa ressemblance avec des actrices hollywoodiennes comme Jane Russell ou Katharine Hepburn, des femmes fortes et déterminées mais qui ont de l'humour et de la désinvolture. Claire Nebout évoque immanquablement le stéréotype de la femme fatale, auquel l'actrice se prête de bonne grâce dans une comédie policière de Claude Zidi , Association de malfaiteurs, puis dans un polar vénéneux de Christopher Frank, Spirale, avec Richard Berry.

Par la suite, elle tourne plus volontiers à l'étranger, en Italie surtout, sous la direction de Marco Bellocchio dans Autour du desir, qui obtient l'Ours d'argent au Festival de Berlin en 1987. Malgré un retour en compétition sur la Croisette en 1992 dans le trio féminin d'Au pays des Juliets(avec Maria Schneider et Laure Duthilleul), elle se consacre dans les années quatre-vingt-dix avec davantage à la télévision. Elle enchaîne les sagas à succès : "Orages d'été" de Jean Sagols en 1989, "La rivière Espérance" de Josée Dayan en 1994 (Josée Dayan qui l'avait dirigée en 1993 dans "Mort d'un gardien de la paix") et "Terre violente" de Michael Hoffer en 1997. Elle s'essaye au théâtre en 1989 avec "Les Parisiens" de Pascal Rambert et en 1991 dans "Brûlez tout" de Lanford Wilson.

Au cinéma, le côté androgyne de la comédienne est à nouveau exploité dans Beaumarchais, l'insolent de Edouard Molinaro, où elle incarne le Chevalier d'Éon, célèbre figure d'ambivalence sexuelle. Elle retrouve en revanche toute sa féminité avec Jacques Doillon, qui en fait une mère attentive dans Ponette, puis avec Vincent Ravalec, qui lui donne le rôle de Patricia, la torride secrétaire de direction de son Cantique de la racaille. Elle y forme avec le chanteur Marc Lavoine, un étonnant couple de jouisseurs cyniques. On voit également,à la même période, Claire Nebout au cinéma devant la caméra de Tonie Marshall dans Vénus beauté (institut) et où elle tient le rôle d'une cliente exhibitionniste. Elle enchaîne avec Trois couples en quête d'orage de Jacques Otmezguine et Eros thérapie de Danièle Dubroux avec Isabelle Carré et Catherine Frot où elle exploite de nouveau son physique dans un rôle de dominatrice SM.