Клеа Хелен ДюВалл родилась 25 сентября 1977 года в Лос-Анджеле в семье актера Стефа ДюВалля. Когда ей было 12 лет, родители развелись, и Клеа осталась жить с матерью.
Когда мама вышла замуж во второй раз, девушка отказалась жить с отчимом – она бросила школу, сняла квартиру и сама стала зарабатывать себе на жизнь. Свой поступок Клеа объясняла тем, что не чувствует себя в доме родным человеком. Впоследствии чувство одиночества будет сопровождать актрису и в будущем. «Я единственный ребенок в семье, и я просто настоящий одиночка, такой человек… которому всегда как бы темно, – впоследствии заявляла Клеа. – Но я счастлива. Мне не грустно. Я просто стесняюсь и иногда бываю нервной».
В конце концов, насмотревшись ТВ и кинофильмов, бунтарка приняла решение стать актрисой. Клеа вернулась в школу, однако на этот раз она поступила не в обычное заведение, а в высшую школу искусств в Лос-Анджелесе. На протяжении всех лет учебы Клеа сама оплачивала свое проживание и пропитание, поэтому девушка была вынуждена подрабатывать. Несмотря на трудности, в 18 лет ей удалось окончить школу и начать актерскую карьеру. Бросив фартук официантки кафе, в котором работала Клеа, девушка взяла диплом и стала ходить на кастинги в разные теле и кинопроекты.
Первым фильмом ДюВалл стала лента «Маленькие ведьмы» (1996). Следом Клеа ДюВалл появилась в ряде известных картин: «Баффи – истребительница вампиров» (1997 – 2003), «На грани невинности» (1997), «Ниагара, Ниагара» (1997). Уже спустя два года экранной карьеры, Клеа получила роль, которая стала для нее настоящим прорывом.
В 1998-ом году Роберт Родригес утвердил ее на роль странной, жесткой девушки-гота и аутсайдера в своей проект «Факультет» (1998), рассказывающий о колледже, где одиночки, лидеры, пижоны и наркоманы, умники и отстающие студенты – все вместе борются с преподавателями-пришельцами. Благодаря этому фильму Родригес открыл Голливуду новую плеяду восходящих звезд – Джоша Хартнетта, Элайджа Вуда и других актеров, в том числе и ДюВалл, которой роль забитой одиночки удалась особенно хорошо.
После исполнения этой роли 21-летняя Клеа стала знаменитой. В следующем после такого триумфа году актриса появилась в нескольких ведущих ролях в громких и ярких проектах. Сыграла в драме Мелиссы Пэйнтер «Полевые цветы» (1999), где воплотила образ 17-летней Келли, которая живет со странным отцом в прибрежной коммуне и пытается узнать, кем была ее мать. Затем 22-летняя актриса появилась в нашумевшем проекте «Жена астронавта» (1999), где сыграла роль сестры героини Шарлиз Терон, которая становится жертвой героя Джонни Деппа. Затем составила компанию Анджелине Джоли и Вайноне Райдер в «оскароносной» драме «Прерванная жизнь» (1999), посвященной психически нездоровым пациенткам, мечтающим о суициде.
Востребованность актрисы росла с каждой новой ролью, ни один год не был для ДюВалл «простойным». За 18-летнюю кинокарьеру актриса сыграла более чем в 60 фильмах.
В 26 лет Клеа исполнила роль в яркой ленте Алехандро Гонсалеса Иньярриту «21 грамм» (2003). В 28 лет воплотила образ застенчивой девушки, которая заводит виртуальный роман, в мелодраме «Десятидюймовый герой» (2006). В 35 лет появилась в третьей режиссерской работе Бена Аффлека «Операция «Арго» (2012). В 37 сыграла сестру героини Кристины Риччи в триллере «Лиззи Борден взяла топор» (2014), основанном на реальной истории молодой женщины, осуждённой и оправданной в 1892 году за убийства отца и мачехи.
