Haar filmdebuut was in “Goha” (1958), al snel gevolgd door “I soliti ignoti” (1958) (onbekende personen), een misdaadkomedie ook bekend onder de naam “Big Deal on Madonna Street”, een internationaal succes.
Haar mentor bij de studio was producer Franco Cristaldi, die ruim 13 jaar ouder was en met wie ze later zou trouwen.
In 1960 speelde ze een hoofdrol in ” Il’bell Antonio” (de mooie Antonio) onder regie van Mauro Bolgnini, met als tegenspeler Marcello Mastroianni (een acteur met wie ze nog veel zou samenwerken). Eveneens in 1960 speelde ze een rolletje in “Rocco e i suoi fratelli” (Rocco en zijn broers), met als tegenspeler Alain Delon, waarbij ze voor de eerste keer geregisseerd werd door regisseur Luchino Visconti.
Ze liet haar dramatische talent zien in “La Ragazza con la valigia” (1961) (het meisje met de koffer).
Haar talent was bij Luchino Visconti niet onopgemerkt gebleven en hij bood haar een hoofdrol aan in “Il Gattopardo” (1963) (het luipaard), met als tegenspelers niemand minder dan Burt Lancaster en Alain Delon.
Het jaar 1963 Was een vruchtbaar jaar voor Claudia. Ze speelde Maria in “La Ragazza di Bube” (het meisje van Bube). De film kreeg een nominatie voor de Gouden Beer op het internationale filmfestival van Berlijn. Claudia ontving voor haar rol de Nastro d’Argento (zilveren lint) voor de beste actrice van de vakbond van Italiaanse filmjournalisten. In datzelfde jaar speelde ze in een ander Italiaans meesterwerk “8 ½” van Frederico Fellini. De titel van de film verwijst naar het aantal films dat Fellini tot dan toe gemaakt had. Dat waren zes volledige films, twee korte films en één film had hij samen met een andere regisseur, Alberto Lattuado, geregisseerd en dat telt voor de helft.
In Fellini’s “8 ½” kon het publiek voor het eerst haar bijzondere stem horen. In al haar voorgaande films werd haar stem door een ander ingesproken. Aanvankelijk omdat ze nog niet vloeiend Italiaans sprak en toen ze beter Italiaans sprak omdat haar Franse accent vreemd klonk in de oren van de Italianen. Maar Fellini vond dat accent prachtig omdat hij vond dat dit iets toevoegde aan het mysterieuze van de actrice. In de film speelde Claudia feitelijk zichzelf en daar paste bij dat men haar echte stem kon horen. De tijd dat ze in de film te zien is is niet al te lang, maar wel gedenkwaardig en het bevestigde haar status als filmster. Ze trad daardoor in de voetstappen van Gina Lollobrigida en Sophia Loren en werd een internationale ster en sekssymbool.
Een beroemde opmerking van Brigitte Bardot uit die tijd is: “Ik weet al wie voorbestemd is om mijn plaats in te nemen. Dat kan er maar één zijn. Na BB komt CC, toch ?” Maar Claudia overtrof haar image als sekssymbool en, doordat ze niet alleen maar op haar uiterlijk vertrouwde, bewees ze steeds weer opnieuw dat ze een talentvolle en veelzijdige actrice was.
Het was nu tijd om in Hollywood producties te gaan acteren. Maar haar eerste rol in dat opzicht werd echter in Italië opgenomen, ” The pink panther” (1964) (de roze panter), waarin ze de rol van Prinses Dala speelde onder regie van Blake Edwards. Haar tegenspeler David Niven zei: “Als je het mij vraagt is Claudia Cardinale, na spaghetti, Italië’s gelukkigste uitvinding.”
Voor “The pink panther” werd haar stem weer door een ander ingesproken, maar in datzelfde jaar speelde ze in “Circus World” (circuswereld) en hierin was haar echte stem voor het eerst in het Engels te horen.
Andere films die ze buiten Europa maakte waren “Blindfold” 1965 (blinddoek) met Rock Hudson, “Lost command” (1966) (verloren commando), een andere komedie “Don’t make waves” (1967) (maak geen golven) met Tony Curtis en “The hell with heroes” (1968) (weg met de helden). Maar “The professionals” (1966) wordt door haar zelf beschouwd als haar beste Hollywood film. Onder regie van Richard Brooks speelt ze hier weer samen met Burt Lancaster en ook Jack Palance, Robert Ryan, Lee Marvin en Woody Strode. Zij vormen een eerbiedwaardige cast van veteranen voor haar eerste Western.
Het is waarschijnlijk te danken aan het feit dat ze niet graag lang uit Europa weg was dat haar Hollywood carrière maar een kort leven beschoren was. Ze ging wel door met filmen in Europa, zoals met haar derde film onder regie van Visconti “Vaghe stelle dell’Orsa” (1965). Claudia speelt hierin de rol van Sandra die de Holocaust overleefd heeft en terugkeert naar haar ouderlijk huis in Italië. Ze heeft een incestueuze verhouding met haar broer, waar haar naïeve Amerikaanse man natuurlijk problemen mee heeft.
Claudia bereikte niet het grote internationale succes van Sofia Loren, maar ze verzekerde zich van een goede kwaliteit van haar rollen iets dat ze wellicht niet gehad zou hebben als ze naar Hollywood zou gegaan zijn.
Het is dus niet verrassend dat ze internationaal het meest bekend is om haar Europese films en haar tweede rol in het Western genre. Dit was Sergio Leone’s epische hulde aan de Western “C’era una volta il West” (1968), beter bekend onder de Engelse versie “Once upon a time in the West”, een Italiaanse productie die de kwaliteit van de Italiaanse Spaghetti Western ver oversteeg. Het is een meesterwerk dat in de loop der tijd de goede kritieken kreeg die het verdiende. Claudia speelt als Jill McBain een centrale rol in de film, waar de andere hoofdrolspelers (Henry Fonda, Charles Bronson en Jason Robards) omheen draaien. Het is eigenlijk een schande dat haar stem bij haar eerste sleutelrol weer werd ingesproken. En dat gold ook voor de Engelse versie van de film.
Vanaf 1969 speelde ze vrijwel alleen maar in Europese films. Ze werkte met regisseurs als Alberto Sordi, Pasquale Squitieri en Lilianna Cavani. In 1977 speelde ze een overspelige vrouw in de Engels-Italiaanse miniserie “Jesus of Nazareth”. Het verhaal gaat over de geboorte van Jezus tot aan zijn dood. In totaal duurt de serie bijna zes uur en twintig minuten.
Haar volgende internationale project was “Fitzcarraldo” in 1982, geregisseerd door Werner Herzog en een hit in de Kunsthuizen. De film gaat over rubberbaron Brian Sweeney Fitzcarrald, een Ier die Fitzcarraldo genoemd wordt in Peru. Hij moet een stoomschip over een steile helling trekken om toegang te krijgen tot een rijk rubbergebied. De film is afgeleid van het echte leven van de Peruaanse rubberbaron Carlos Fitzcarrald. Claudia is weer op haar best als vrouw die haar man, de dromer, nooit opgeeft.
In 1983 speelde ze weer in een miniserie “Princess Daisy”. Haar latere films zijn onder andere “Un homme amoureux” (1987) (een verliefde man), “Mayrig” (1991) (moeder), “Son of the pink panther” (1993) van Blake Edwards en de thriller “And now…ladies and gentlemen” (2002) (en nu…dames en heren).