Родилась в Айдахо, а в 13 летнем возрасте вместе с семьёй перебралась в Калифорнию. Её актёрский дебют состоялся в 1916 году в фильме «Пегги». По последующие четыре десятилетия своей карьеры Дю Брей снялась более чем в 200 фильмах, среди которых «Цивилизация» (1916), «Иметь и держать» (1922), «Дьявольская кукла» (1936), «Джейн Эйр» (1934), «Маленькая мисс Бродвей» (1938), «Джесси Джеймс» (1938), «Лучшие годы нашей жизни» (1946), «Жена епископа» (1947) и «Западный эскорт» (1958).

В конце 1920-х она познакомила с актрисой Мари Дресслер, с которой у неё завязались тесные дружеские отношения. Дю Брей также стала личным секретарем Дресслер, занимаясь обработкой многочисленных писем от фанатов, а когда актриса умирала от рака в 1933 году, стала её сиделкой. В опубликованных в конце 1990-х биографиях Мари Дресслер также утверждалось, что помимо дружбы двух актрис связывали лесбийские отношения. Последние годы своей жизни Клер Дю Брей провела в Лос-Анджелесе, где и скончалась в 1993 году в возрасте 100 лет.