Chantal Neuwirth naît à Paris, à l’hiver 1948. C’est d’abord du côté du théâtre qu’elle se dirige en étudiant l’art dramatique pendant trois ans aux cours Charles Dullin. À partir des années 1970, la comédienne se fait un nom sur les planches en travaillant avec des metteurs en scène de renom comme Anne-Marie Lazarini dans Mathusalem ou l’Éternel Bourgeois d’Yvan Goll au Théâtre des deux Portes.

C’est en 1980 qu’elle fait ses premiers pas au cinéma dans la comédie Rendez-moi ma peau de Patrick Schulmann où elle donne la réplique à Erik Colin et Jean-Luc Bideau. C’est d’ailleurs principalement dans le registre comique que l’actrice se fait remarquer, notamment grâce au rôle de Flora, la professeure de physique-chimie sadique dans P.R.O.F.S (1985), qui lui permet de retravailler avec Patrick Schulmann.

Si elle joue dans de nombreux films populaires, Chantal Neuwirth n’en oublie pas pour autant le cinéma d’auteur. Elle tourne sous la direction de plusieurs cinéastes français renommés tels que Tony Gatlif (Rue du départ – 1985), Claude Miller (La Petite Voleuse – 1988) ou Patrice Chéreau (Ceux qui m’aiment prendront le train – 1998).

Sa filmographie comprend également quelques collaborations avec des réalisateurs étrangers comme les Américains John Berry (Le voyage à Paimpol – 1985) et Daisy von Scherler Mayer (Madeline – 1998) ou le Polonais Krzysztof Kieślowski (La double vie de Véronique – 1991).

En 2001, l’actrice endosse ce qui demeure, encore aujourd’hui, l’un de ses rôles les plus célèbres, à savoir celui d’Annie Lepoutre dans la série Caméra Café. Un personnage qu’elle retrouve dans le film adapté du programme, Espace détente de et avec Yvan Le Bolloc’h et Bruno Solo (2005). En parallèle, Chantal Neuwirth continue d’être prolifique au cinéma en enchaînant les seconds rôles notamment auprès de Patrice Chéreau qu’elle retrouve pour Gabrielle (2005).

Parmi ses autres personnages mémorables sur grand écran, il y a aussi Bénédicte, l’alliée d’Audrey Tautou dans Un long dimanche de fiançailles de Jean-Pierre Jeunet (2005), Madame Lebreton dans le biopic Sagan de Diane Kurys (2008) ou encore Nicole, la patronne du café dans La belle personne de Christophe Honoré (2008).

Fidèle de Jean-Michel Ribes avec qui elle travaille de nombreuses reprises au théâtre, Chantal Neuwirth tourne à deux reprises avec ce dernier au cinéma (Musée haut, musée bas – 2008 ; Brèves de comptoir – 2014).

À partir des années 2010, la carrière de la comédienne se fait surtout à la télévision. Elle apparaît dans plusieurs séries comme Y’a pas d’âge, Carrément craignos et joue aussi dans un épisode de Patrick Melrose aux côtés de Benedict Cumberbatch et Jennifer Jason Leigh.

En 2023, l’actrice marque les esprits grâce au personnage de Clotilde dans le téléfilm Clémenceau, la force d’aimer de Lorraine Lévy dans lequel elle donne la réplique à Pierre Arditi. Un comédien qu’elle retrouve d’ailleurs la même année dans la série Alphonse créée par Nicolas Bedos et diffusée sur Prime Video.