Docteur en médecine, elle est titulaire de certificats d’études spécialisées en rhumatologie et en médecine aéronautique et spatiale. Sélectionnée comme candidate astronaute par le Centre National d'études spatiales (CNES) en 1985, elle est responsable à partir de 1990 des programmes de physiologie et de médecine spatiale au sein de ce centre. En août 1996, Claudie Haigneré, en tant qu’astronaute du CNES, effectue un vol de 16 jours à bord de la station russe Mir.
Puis, en 2001, elle devient la première française à voler à bord de la Station spatiale internationale (ISS). Elle réalise un programme expérimental dans les domaines de l'observation de la Terre, des sciences de la vie ainsi que des sciences de la matière. En 2002, elle rejoint l'équipe gouvernementale de Jean-Pierre Raffarin, en tant que ministre déléguée à la Recherche et aux nouvelles technologies. En 2004, elle rejoint l'équipe en tant que ministre déléguée aux Affaires européennes.
Claudie Haigneré est choisie en mars 2009 pour mener le regroupement de deux lieux très connues de diffusion de la culture scientifique, la Cité des sciences et le Palais de la découverte. Haigneré est, depuis 2010, la présidente d’Universcience, établissement regroupant la Cité des sciences et de l’industrie et le Palais de la découverte. Jusqu'en 2020, la scientifique était conseillère auprès du directeur de l'ISS. Elle a reçu de nombreuses médailles comme par exemple, la Légion d’honneur, l’ordre de l'Amitié, médaille de l’Aéronautique. Elle a reçu plusieurs distinctions russes et allemandes. Elle est membre de l’Académie des Technologies en France et de l’Académie des Sciences et des Techniques en Belgique.