Claudine Longet est née à Paris le 29 janvier 1942. Elle s'installe aux États-Unis à l'âge de 19 ans. Elle doit en partie sa renommée à son mariage avec le chanteur américain Andy Williams, rencontré alors qu'elle est danseuse aux Folies Bergère à Las Vegas. Claudine Longet participe aux émissions de variété d'Andy Williams et obtient des rôles dans quelques séries télévisées américaines des années 1960, avant d'apparaître aux côtés de Peter Sellers dans le film La Party, réalisé en 1968 par Blake Edwards. Elle y interprète la chanson Nothing to Lose d'Henry Mancini. Longet enregistre cinq albums composés de reprises pour A&M Records entre 1967 et 1970, puis deux albums pour Barnaby, le label d'Andy Williams.
L'union entre Andy Williams et Claudine Longet dure 14 ans. Ils auront 3 enfants avant de divorcer en 1975.
Après son divorce, Claudine Longet entame une liaison avec le champion de ski alpin Wladimir Spider Sabich. Cette liaison se terminera tragiquement par le décès de Spider Sabich d'une hémorragie péritonéale le 21 mars 1976 à Aspen dans le Colorado. D'après Claudine Longet, Spider était en train de lui montrer comment se servir de son revolver lorsque le coup serait parti. Elle est condamnée à trente jours de prison pour homicide involontaire.
La chanson Claudine inspirée à Mick Jagger par ces événements devait paraître sur l'album Emotional Rescue des Rolling Stones, mais est écartée avant la commercialisation du disque. Jusqu'alors uniquement disponible sur quelques albums pirates, Claudine fait partie des 12 morceaux inédits des Rolling Stones de l'édition De Luxe de l'album Some Girls.
Claudine Longet se marie avec son avocat Ron Austin en 1986.