Figlia di Ferdinando Carlo d'Austria arciduca dell'Austria Anteriore e conte del Tirolo e di Anna de'Medici, Claudia Felicita nacque a Firenze il 30 maggio 1653.
Fu educata a Firenze e il 15 ottobre 1673 sposò l'imperatore Leopoldo I d'Asburgo vedovo di Margherita Teresa di Spagna nonostante l'opposizione del primo ministro dell'impero principe di Lobkowicz.
Oltre al titolo di imperatrice consorte del Sacro Romano Impero ebbe nel 1665 per eredità quello di contessa del Tirolo insieme al marito e da allora il Tirolo divenne possedimento degli Asburgo.
Amante del bel canto, continuò a comporre musica anche dopo il matrimonio, pare che l'unione con Leopoldo fu felice e che Claudia Felicita seppe consigliare l'imperatore nel controllare il comportamento della corte e dei membri del governo anche se ciò le procurò non poche inimicizie.
Ebbe due bambine, Anna Maria e Maria Giuseppa, morte entrambe in tenera età.
Morì di tubercolosi a Vienna1676.