Elle a commencé sa carrière en 1967 avec son premier album "Marie-Claude Agnelot" qui comprend des reprises de chansons américaines à succès telles que "I Will Follow Him" et "The Windmills of Your Mind". Elle est devenu l'un des artistes français les plus populaires dans les années 1970, connue pour ses interprétations de ballades romantiques.
En 1968, elle participe au concours Eurovision de la chanson avec le titre "Parlez-moi d'amour" et termine à la deuxième place. L'année suivante, en 1969, elle remporte le Grand Prix de l'Eurovision de la chanson française avec le titre "Un jour, un enfant".
Marie-Claude Agnelot a également connu une carrière dans les médias. Elle a animé des émissions de télévision telles que "Les enfants du rock" et "L'heure bleue". Elle a également été chroniqueuse à Radio Monte-Carlo jusqu'en 2003.
En 1976, elle fait ses débuts au cinéma avec le film "Cette nuit-là " de François Truffaut. Elle a également joué dans des films tels que "Le petit boucher" en 1982 et "La petite voleuse" en 1986.
En dehors de sa carrière artistique, Marie-Claude Agnelot est connue pour être une animale amoureuse et s'est impliquée dans des campagnes pour la protection des animaux. Elle a été nommée ambassadrice mondiale du World Society for the Protection of Animals en 1984.
Marie-Claude Agnelot est également connue pour sa vie privée. Elle a eu deux enfants avec son mari, le compositeur Jean-Michel Rivat. Après leur divorce, elle a épousé le chanteur Patrick Juvet en 1983 et a divorcé de nouveau en 1988.
Au cours de sa carrière, Marie-Claude Agnelot a vendu plus de 20 millions d'albums à travers le monde. Elle continue encore à donner des concerts et à apparaître sur scène jusqu'à aujourd'hui.