À la suite d'une fracture du pied ses parents lui conseillent de pratiquer les claquettes où elle démontre un talent certain, et, par un concours de circonstances, se voit participer au Championnat de France de claquette qu'elle remporte.
Ayant remporté le Premier Prix du CNSMDP dans la classe de Christiane Vaussard en 1987, elle rejoint le corps de ballet de l'Opéra de Paris l'année suivante, après avoir suivi un an d'études à l'École de danse de l'institution.
Clairemarie Osta apparaît dans le documentaire Les Enfants de la danse de Dirk Sanders, qui est sorti en 1989[2]. Dans ce film, on la voit notamment aux côtés d'Aurélie Dupont, qui est promue étoile en 1998.
Rapidement remarquée, elle passe coryphée en 1989 (en présentant des variations de La Belle au bois dormant et de Suite en Blanc), puis sujet en 1990.
Le , elle fait ses adieux sous des applaudissements soutenus et une pluie de confettis d'or et d'argent lors de la dernière représentation de L'Histoire de Manon de la saison 2011-2012 à l'Opéra Garnier. Un documentaire de 50 minutes, intitulé Les Adieux, a été réalisé à cette occasion[3].
Clairemarie Osta est devenue en directrice des études chorégraphiques au Conservatoire national supérieur de musique et de danse de Paris[4] mais quitte ses fonctions un an plus tard à la suite d'un désaccord avec la direction générale[5].