W 2002 Claire Doyon wyreżyserowała swój pierwszy film fabularny „Les Lionceaux”, który pokazała w tym samym roku w ramach Quinzaine des Réalisateurs (Directors’ Fortnight) w Cannes. Następnie wyreżyserowała kilka krótko- i średniometrażowych filmów: „Le vent souffle où il veut”, „Kataï”, „Son of a gun” (wyreżyserowany wspólnie z Antoine Barraudem) i „Pénélope”, które były pokazywane i nagradzane na takich festiwalach jak Locarno, Venice, Turin, FID Marseille i Clermont-Ferrand. W 2013 założyła wytwórnię filmową Cofilms with Coco Tassel. Jest też założycielką paryskiego eksperymentalnego instytutu Maia.