Nach einer Erstausbildung in Grafikdesign studierte Claudia Mareis Design-, Kunst- und Kulturwissenschaften in Zürich, Berlin und Linz. Die Promotion erfolgte 2009 mit einer diskursanalytischen Arbeit zu „Design als Wissenskultur“. Von 2004–2009 war sie als wiss. Mitarbeiterin und von 2009–2011 als Forschungsdozentin an der Hochschule der Künste Bern tätig. Von 20011–2013 war sie Post-Doktorandin am Nationalen Forschungsschwerpunkt für Bildkritik „eikones“ der Universität Basel. 

Von 2013 bis 2021 war Claudia Mareis als Professorin für Designtheorie und -forschung an der Hochschule für Gestaltung und Kunst FHNW in Basel tätig. Sie leitete dort das Institut für Experimentelle Design- und Medienkulturen (IXDM) sowie das dazugehörige Critical Media Lab. Am IXDM hat sie eine interdisziplinäre Forschungsgruppe aufgebaut, die Ansätze aus Design, Medienkunst, Anthropologie, Kultur- und Medienwissenschaften und Technologie miteinander verbindet.

Forschungsaufenthalte führten sie zudem 2009 ans Max-Planck-Institut für Wissenschaftsgeschichte in Berlin und 2012 ans Massachusetts Institute of Technology in Cambridge/MA.

Als Mitglied mehrerer führender Designforschungsverbände in Deutschland und der Schweiz hat Claudia Mareis aktiv zur Etablierung der Designforschung im deutschsprachigen Raum beigetragen und ist bestens vernetzt. Von 2016 bis 2020 war sie die Vizepräsidentin des Swiss Design Network, von 2008 bis 2021 war sie Vorstandsmitglied der Deutschen Gesellschaft für Designtheorie und -forschung. Von 2018 bis 2021 hat sie das Feld der Design- und Kunstforschung als Forschungsrätin im Forschungsrats des Schweizerischen Nationalfonds (SNF) vertreten. 

Seit 2019 ist Claudia Mareis Co-Sprecherin des interdisziplinären Exzellenzclusters Matters of Activity. Image Space Material an der Humboldt-Universität zu Berlin. Der Cluster konzentriert sich auf eine neue Rolle der Gestaltung, die sich vor dem Hintergrund der wachsenden Vielfalt und der kontinuierlichen Entwicklung von Materialien und Visualisierungsformen in allen Disziplinen abzeichnet. In sechs Projekten untersuchen mehr als 40 Disziplinen systematisch Entwurfsstrategien für aktive Materialien und Strukturen, die sich an spezifische Anforderungen und Umgebungen anpassen. Zusammen mit Peter Fratzl leitet sie dort das Projekt „Material Form Function“.