Chitra Dewi dilahirkan sebagai Rara Patma Dewi Tjitrohadikusumo di Cirebon, Jawa Barat, Hindia Timur Belanda pada 26 Januari 1934. Beliau menamatkan pendidikan sekolah menengah.[1]

Dewi membuat kemunculan filem cetera pertamanya pada 1955 menerusi Tamu Agung, sebuah filem komedi politik satira arahan Usmar Ismail terbitan Perfini. Walau bagaimanapun, beliau hanya mendapat pengiktirafan pada tahun berikutnya, iaitu berlakon dalam filem muzikal Tiga Dara bersama Mieke Wijaya dan Indriati Iskak.[2] Filem ini, yang menjadi kejayaan komersial pilihan Perfini dan melahirkan satu siri pertandingan melihat-sama di mana wanita akan cuba untuk bertindak sebagai nama sahaja tiga wanita filem itu, mengikuti kehidupan cinta tiga beradik yang tinggal bersama nenek mereka.[3] Menurut sejarawan filem Misbach Yusa Biran, Dewi yang dianggap mewakili wanita Indonesia yang ideal: lemah lembut dan dikekang.[4] Dewi kekal bersama Perfini sepanjang 1960an, muncul dalam filem seperti seperti Djendral Kantjil (1958) dan Pedjuang (1960);[5] filem yang kedua telah ditayangkan dalam pertandingan di Festival Filem Antarabangsa Moscow ke-2 pada tahun 1961.[6] Beliau juga tampil di penerbitan pentas oleh Akademi Teater Nasional di Jakarta.[7] Dalam pada itu, beliau mula muncul dalam beberapa filem-filem oleh syarikat-syarikat lain, termasuk Persari (Holiday in Bali, 1962), Panah Mas Film (Bing Slamet Merantau, 1962), dan Agora Film (bermula dengan Lembah Hidjau [1963] dan Darah Nelajan [1965]).[2][5]

Pada 1960-an, semasa kekal aktif sebagai pelakon, Dewi mula terlibat di belakang tabir. Beliau menubuhkan syarikat penerbitan filem sendiri, Chitra Film Production Dewi, dan pada tahun 1967 menghasilkan filem pertama: 2 X 24 Djam (2 X 24 Jam). Syarikat ini menghasilkan lima filem lanjut,[8] termasuk tiga diarahkan oleh Dewi sendiri— Bertjinta dalam Gelap, Dara-Dara, dan Penunggang Kuda Dari Tjimande (semuanya pada 1971).[2] Filem-filem ini tidak berjaya,[7] dan Dewi menumpukan pada bidang lakonan.[2] Pada 1971 beliau telah diiktiraf oleh Persatuan Wartawan Indonesia menerusi persembahannya dalam Nji Ronggeng (The Ronggeng, 1969).[9]

Pada 1970-an dan 1980-an Dewi berperanan secara dominan dalam peranan pembantu, termasuk dalam percintaan Fred Young Putri Solo (1974), drama Asrul Sani Kemelut Hidup (1977), dan drama Wahyu Sihombing Gara-gara Isteri Muda (1977).[2] Untuk filem terakhir ini, beliau menerima Anugerah Citra untuk Pelakon Pembantu Wanita Terbaik pada Festival Filem Indonesia 2004.[9] Dewi berlakon dalam 20 lagi filem pada 1980an dan 1990an, menamatkan kerjaya filem ceteranya dengan Pedang Ulung pada 1993,[5] setahun selepas menerima anugerah pencapaian seumur hidup daripada Majlis Filem Nasional.[2] Beliau menerima satu lagi anugerah pencapaian sepanjang hayat di Festival Filem Bandung 2007.[10]

Dewi menyaksikan kemerosotan kesihatan beliau pada tahun 2006, berikutan kematian Bambang Samsudi, anak sulungnya. Pada Mac 2008, beliau menghabiskan masa selama dua minggu di Hospital Pondok Indah selepas dimasukkan kerana kekurangan pemakanan. Kesihatannya kembali merosot, bagaimanapun, dan pada jam 14:00 Waktu Indonesia Barat (UTC +7) pada 28 Oktober 2008, beliau meninggal dunia di rumah anak kedua dan bongsu beliau, Agus Erwin, di Jakarta Selatan. Beliau dikebumikan di Perkuburan Jabang Bayi di Cirebon berhampiran pusara ibu bapa dan anaknya.[10][11]