Geboren in Unna/Westfalen, aufgewachsen in Köln. Studium der Katholischen Theologie und Germanistik, Abschluss 1988 mit dem 1. Staatsexamen. 1993 promovierte Claudia Nothelle über das Weltbild von Jugendzeitschriften an der Johannes-Gutenberg-Universität Mainz.

Ihr journalistisches Handwerk lernte sie von 1984 bis 1986 als Stipendiatin des ifp in München und bei vielfältigen journalistischen Tätigkeiten für regionale Zeitungen in Köln, Dortmund, Frankfurt sowie für das Studio Konstanz des damaligen Südwestfunks und für die Viola Film in Ottobrunn bei München.

Von 1992 bis 2006 war Claudia Nothelle im Fernsehen des neu gegründeten Mitteldeutschen Rundfunk tätig – zunächst bis 1995 im Landesfunkhaus Thüringen, danach in der Redaktion Inland, u. a. beim politischen Magazin „Fakt“. Von 1998 bis 2002 arbeitete sie in der ARD-aktuell-Redaktion in Dresden und Leipzig, war regelmäßig im ARDStudio Neu-Delhi sowie als Reisekorrespondentin in Pakistan und Afghanistan tätig. 2003 bis 2006 war sie Korrespondentin des MDR im ARD-Hauptstadtstudio in Berlin.

Von November 2006 bis Mai 2009 war Claudia Nothelle Chefredakteurin des rbb Fernsehens, von 2009 bis 2016 multimediale Programmdirektorin des rbb.

Seit dem Oktober 2017 ist Claudia Nothelle Professorin für Fernsehjournalismus an der Hochschule Magdeburg-Stendal.

Claudia Nothelle ist seit November 2021 eine von vier Vizepräsidentinnen und -präsidenten des Zentralkomitee der deutschen Katholiken (ZdK).