Clara Bargellini recibió su licenciatura de la Universidad de Pennsylvania en Philadelphia, y su doctorado en Historia del Arte de la Universidad de Harvard. Reside en México desde 1972, y desde 1979 trabaja en el Instituto de Investigaciones Estéticas de la UNAM (Investigadora Titular «C»). Es también catedrática de Historia del Arte en el Colegio de Historia y en el Posgrado de Historia del Arte en la Facultad de Filosofía y Letras de la misma UNAM. Ha sido, además, profesora visitante en las universidades de Zacatecas, Chihuahua y Sonora, y en el Institute of Fine Arts de la Universidad de Nueva York, así como en las Universidades de Chicago y Pennsylvania, entre otras. Es investigadora nivel III del SNI, y PRIDE D en la UNAM. En 2005 recibió el Premio Universidad Nacional en Investigación en Artes.
Entre sus publicaciones se cuentan libros y artículos sobre el arte y la arquitectura del norte de la Nueva España, incluyendo La catedral de Chihuahua (1984) , La arquitectura de la plata: iglesias monumentales del centro-norte de México, 1640-1752 (1991), y La catedral de Saltillo: tiempo y espacio de un acervo (2005). Desde 1992 ha publicado sobre pintura y escultura novohispanas. Examinó la función de las artes en el culto en El retablo de la Virgen de los Dolores (1993). Desde hace mucho tiempo se ha preocupado por la conservación de obras de arte, ya que fue becaria de la Fundación Kress en Florencia después de la inundación de 1966. Es uno de los fundadores y miembro del comité asesor del Laboratorio de Diagnóstico de Obras de Arte del Instituto de Investigaciones Estéticas, y tiene publicaciones en colaboración con estudiosos de otras disciplinas y con miembros de comunidades con problemas de conservación del patrimonio artístico y cultural: Historia y arte en un pueblo rural: San Bartolomé, hoy Valle de Allende, Chihuahua (1998); Chihuahua, caminos del pasado, el sur del estado (2000); Misiones para Chihuahua (2004).