Claude Gellée nació en el pequeño pueblo de Chamagne, en la región de los Vosgos del Ducado de Lorena, en el noreste de Francia. Su lápida está inscrita con el año "1600" para indicar el año de su nacimiento, aunque los historiadores han sugerido que una fecha más probable es 1604 o 1605. Viviendo la mayor parte de su vida en Italia, se hizo conocido como Claude le Lorrain (Claude de Lorena), y el nombre perdura; los hablantes de español generalmente se refieren a él como Claude Lorrain, o simplemente como Claude.
Fue el tercer hijo de cinco nacidos de padres pobres que fallecieron cuando él tenía doce años. Después de una breve estancia con su hermano, quien era grabador, en Friburgo, durante la cual se formó como pastelero, Claude viajó a Roma para seguir la misma línea de trabajo.
En Roma, Claude comenzó a desarrollar un interés por el arte. Aunque los detalles sobre su formación temprana siguen siendo poco claros, uno de sus biógrafos, Joachim von Sandrart, sugiere que inicialmente aprendió arte en Nápoles de un artista de origen alemán, Goffredo Wals, durante 1620-22. Luego, en Roma, Claude pasó tres años entrenando bajo la tutela del maestro de Wals, Agostino Tassi, un destacado artista italiano de paisajes ideales y frescos arquitectónicos ilusionistas. Fue bajo la tutela de Tassi que Claude desarrolló su vocabulario artístico básico, incluido su entendimiento de la perspectiva y su gusto por los paisajes y las escenas costeras.
Dejando Roma por Nancy, la capital de Lorena, en 1625, se cree que Claude trabajó alrededor de un año como asistente del artista neoclásico Claude Deruet. Según su segundo biógrafo, Filippo Baldinucci, ayudó al artista mayor pintando los fondos para una serie de frescos en una iglesia carmelita, que desde entonces ha sido destruida. Claude regresó a Roma en 1626 y vivió durante los siguientes 25 años en una casa en Via Margutta, cerca de la Plaza de España y la Trinità dei Monti. En 1650, se mudó a Via Paolina, ahora Via del Babuino, donde pasó el resto de su vida.
Claude mantuvo cierta distancia de los círculos académicos de la ciudad, aunque en 1633 se unió a la Accademia di San Luca ("Academia de San Lucas"), una asociación de artistas bajo una fuerte influencia papal. También sabemos que al principio de su carrera, Claude viajó a varias regiones de Italia, Francia y Alemania, incluidas Marsella, Génova, Venecia y Baviera, para estudiar una variedad de paisajes de primera mano. Von Sandrart informó que Claude a menudo hacía bocetos rápidos y pinturas al óleo, ya sea al amanecer o al atardecer. Su primera pintura conocida, "Paisaje con Ganado y Campesinos" (1629), ahora en el Museo de Arte de Filadelfia, ya refleja una técnica compositiva sofisticada y un estilo altamente personal.
Claude interactuó selectivamente con otros artistas, pero su amistad con el paisajista francés Nicolas Poussin es relativamente conocida. Sin embargo, se sabe muy poco sobre la vida personal de Claude, especialmente a medida que se volvió más solitario en sus cuarenta. Aunque nunca se casó, adoptó a una hija, Agnese (1653-1713), quien vivió con él en Roma y quien podría haber sido su descendiente biológica a través de una relación con una criada de la misma nombre. Otros que vivieron con él en diferentes momentos incluyen a un alumno, Giovanni Domenico Desiderii, entre 1633 y 1656, y a los sobrinos Jean y Joseph a partir de alrededor de 1680.
Aunque Claude carecía de educación formal y generalmente se presumía que era ignorante académicamente, una evaluación basada en parte en sus habilidades de escritura, sus pinturas demuestran un conocimiento sustancial de la Biblia y de la literatura clásica, como las "Metamorfosis" de Ovidio y la "Eneida" de Virgilio.
Durante la década de 1630, Claude ganó reconocimiento generalizado por su obra y comenzó a recibir encargos de monarcas y nobles de toda Europa. Estos incluyeron al embajador francés en Roma (en 1633), el Rey de España (1634-35), el Papa Urbano VIII (1635-38) y varios cardenales y nobles de Francia e Italia. Pronto se estableció como uno de los principales pintores de paisajes ideales en Italia, al igual que Poussin. Un profesional consumado, Claude conocía el valor de su arte y comenzó a cobrar altos precios por su trabajo, que siempre se producía por encargo. En ocasiones, empleaba agentes para iniciar el proceso de venta, negociando más tarde directamente con sus patrocinadores.
En este punto, Claude también había comenzado a incluir más figuras humanas en su obra, un movimiento inusual para un pintor de paisajes históricos en esa época. Estas representaciones fueron criticadas como "notoriamente débiles" por el crítico del siglo XX Roger Fry, mientras que otros escritores han sugerido que Claude subcontrató la pintura de figuras a otros artistas (probablemente un error, ya que no hay evidencia sólida que respalde esta teoría). Sus biógrafos difieren en este aspecto de su trabajo: Baldinucci señala que Claude bromeaba diciendo que cobraba por sus paisajes y ofrecía las figuras de forma gratuita, pero Sandrart es más indulgente, argumentando que Claude siempre intentaba mejorar sus habilidades, como lo demuestran los numerosos estudios de figuras humanas en grupos incluidos en sus bocetos y dibujos preparatorios.
Con un fuerte sentido del valor de su propia obra, Claude creó un registro meticuloso de su producción para protegerla de la falsificación. El libro en el que se registra este registro, que llegó a conocerse como el Liber Veritatis o "Libro de la Verdad", ahora se encuentra en el Museo Británico de Londres. Contiene 195 dibujos más o menos en orden cronológico, reproducciones meticulosas de casi todas las pinturas que Claude produjo. Este asombroso documento también incluye detalles de fechas y patrocinadores para cada obra. Habiendo organizado su obra completa de esta manera, Claude lo consultaba como una biblioteca de motivos al crear nuevas obras, y el Liber Veritatis ha demostrado ser un documento igualmente invaluable para historiadores e investigadores.
La tasa de producción de Claude disminuyó significativamente durante sus últimos años. Sin embargo, las obras de sus últimas décadas indican desarrollos estilísticos, siendo de mayor tamaño y frecuentemente retratando temas heroicos con gran detalle. Durante los últimos años de su vida, el trabajo de Claude también mostró una tendencia hacia una paleta de colores más fría, lo que otorga a sus pinturas de este período una cualidad de misterio y solemnidad. Otra característica que se hizo evidente durante esta fase final fue su representación de figuras alargadas. De una de estas pinturas, una leyenda en el Museo Ashmolean en Oxford señala que "[l]os cazadores están alargados de manera imposible, especialmente Ascanius, que tiene una desproporcionada parte superior del cuerpo". Algunos críticos creen que este cambio abrupto de estilo fue motivado por la disminución de la vista del artista, aunque otros ven esta especulación como exagerada.
Falleció en Roma el 23 de noviembre de 1682 y fue enterrado en la iglesia de la Trinità dei Monti, con grandes muestras de respeto y admiración de la sociedad de su tiempo. En 1840 sus restos fueron trasladados a la Iglesia de San Luis de los Franceses, donde actualmente reposan.