Po studiach w konserwatorium w Caen Claire Lefilliâtre pracowała z Alainem Buetem w Conservatoire National de Région Alençon, gdzie otrzymała nagrodę Prix d’excellence. Zafascynowana ekspresją muzyki baroku, kształciła się w zakresie deklamacji i barokowego gestu teatralnego u Eugène’a Greena i Benjamina Lazara oraz samodzielnie pracowała nad interpretacją XVII-wiecznej muzyki francuskiej i włoskiej. Dzięki dogłębnej znajomości barokowego repertuaru otrzymuje liczne zaproszenia od zespołów muzyki dawnej i występuje na wielu scenach we Francji i za granicą. Od 1999 r. jest główną solistką w spektaklach Le Poème Harmonique prowadzonych przez Vincenta Dumestre’a.

Koncerty i nagrania zespołu z jej udziałem były jednogłośnie chwalone przez krytyków, ponadto dostrzeżono w jej wykonaniach nowe podejście do interpretacji muzyki barokowej. W 2004 r. śpiewała kobiecą partię w wokalnych intermediach w Mieszczaninie szlachcicem Moliera/Lully’ego, a w 2006 zagrała tytułową rolę w operze La vita humana Marazzoliego. W styczniu 2008 r. kreowała rolę Hermiony w Cadmus et Hermione Lully’ego (dyr. Vincent Dumestre, reż. Benjamin Lazar). W tym samym roku wystąpiła jako Annio w La clemenza di Tito Mozarta (dyr. Jérémie Rhorer, reż. Alain Garichot). W kwietniu 2010 r. w Théâtre de Counouaille – Scène Nationale w Quimper Claire Lefilliâtre wykonała po raz pierwszy partię Ursule w spektaklu Au web ce soir, według libretta i w reżyserii Benjamina Lazara do oryginalnej muzyki Morgana Jourdaina. W tym samym roku
koncertowała ze śpiewaczką Emily Loizeau. W 2012 r. brała udział w przedstawieniach L’Egisto Cavallego (dyr. Vincent Dumestre, reż. Benjamin Lazar) w Opéra Comique w Paryżu i Opéra de Rouen Haute- -Normandie oraz Ma mère musicienne – nowym dziele Benjamina Lazara wystawianym w Quimper (Scène Nationale).