Durant 3 ans, Chantal Neuwirth étudie le théâtre aux cours Charles Dullin. D'abord comédienne de théâtre, sa carrière débute par une succession de pièces sous la direction de metteurs en scène de prestige tels que Jean-Michel Ribes, Didier Bezace ou Luciano Pintilié. Elle est d'ailleurs nominée trois fois aux Molières : pour Portrait de famille de Denis Bonal, Brèves de comptoir de Jean-Marie Gourio et Rêver peut être de Jean-Claude Grum.
Dans les années 80, elle débute au cinéma avec Rendez-moi Ma Peau (1980) de Patrick Schulmann, et poursuit avec des rôles divers dont Violetta La Reine De La Moto (1997), Nationale 7 (2000) ou encore Un Long Dimanche De Fiançailles (2004). En 2005, elle interprète Annie dans Espace Détente aux côtés de Bruno Solo et Yvan Le Bolloch.
En 2008, elle interprète Mme Lebreton dans le biopic de Diane Kurys, Sagan et joue également dans Cortex. Elle retrouve Jean-Michel Ribes pour Musée Haut, Musée Bas, toujours en 2008.
