Cornelia Froboess nació el 28 de octubre de 1943 en Wriezen, localidad junto a la actual frontera polaca, debido a que su madre, Margaretha, había huido allí de los bombardeos de Berlín. Su padre, Gerhard Froboess, sería con el tiempo un famoso compositor de Schlager y su tío, Harry Arias Froboess, era actor doble especialista de riesgo. Así pues, La Pequeña Cornelia, como fue conocida en su etapa infantil, llevaba en la sangre los genes artísticos cuando debutó en mayo de 1951, con sólo 8 años de edad, con la canción de su padre Pack die Badehose ein, que este había compuesto para el famoso coro infantil Schöneberger Sängerknaben y cuyos directores habían rechazado. Conny se convirtió así en estrella infantil, haciéndose muy popular por sus intervenciones en la radio, la incipiente televisión y, sobre todo, su trabajo como actriz que comienza ese mismo año de 1951 con su debut en la película Sündige Grenze. Rodará 12 películas más a lo largo de los años 50, normalmente haciendo de sí misma (su personaje se suele llamar Conny), destacando los filmes Große Starparade (1955), Der lachende Vagabund (1958), Wenn die Conny mit dem Peter (1958) o Hula-Hopp, Conny (1959). Este último año comienza sus clases de interpretación en Berlín con Marlise Ludwig, edita su primer single, Mister Music, que llega al puesto 16 de las listas alemanas, y es premiada con el León de oro de Radio Luxemburgo por la canción I Love You Baby.

Conny edita la friolera de 15 singles entre 1959 y 1961, llegando todos ellos a las listas de éxitos de su país, hasta que en diciembre de este mismo año graba Zwei kleine Italiener, tema que presenta al Deutschen Schlager-Festspiele en 1962 en Baden-Baden, en el que consigue el triunfo y determina su designación como representante alemana en Eurovisión 1962 con ese mismo tema. Aunque en Luxemburgo sólo quedó en sexta posición, Zwei kleine Italiener fue un éxito internacional que se tradujo a varios idiomas y fue interpretado por artistas consagrados de la época, como Connie Francis.

Mientras continúa su trabajo como actriz, evolucionando hacia el cine adolescente junto a su pareja artística, Peter Kraus(“Peter”), en películas como Conny und Peter machen Musik (1960) o Schlagerraketen – Festival der Herzen (1960), así como otras “en solitario” como Mariandl (1961), Der Vogelhändler (1962), Der Musterknabe (1963) o Hilfe, meine Braut klaut (1964). Musicalmente evoluciona hacia el rock and roll reinante y se apunta éxitos como Lady Sunshine und Mr. Moon, Drei Musketiere, o Lippenstift am Jacket, muchos de ellos a dúo con Peter Alexander, Rex Gildo, Will Brandes o el mencionado Peter Kraus. No obstante a lo largo de los sesenta Conny va abandonando cada vez más su faceta como cantante para centrarse en la de actriz, y así Schreib es in den Sand será su último single, editado en 1967. Posteriormente las reediciones de sus singles en recopilatorios han sido muy numerosas, siendo la última hasta el momento Made in Germany, de 2007.
 
Así, desde entonces, ya reconvertida en Cornelia Froboess, se convierte a lo largo de los años en una de las actrices fundamentales del cine, el teatro y la televisión alemanes. En cine protagoniza decenas de películas, como Rheinsberg (1967), Kaltes Fiever (1984), Der Sommer des Samurai (1986) y se hará especialmente popular por su papel de Pia Michelis en la serie de televisión Praxis Bülowbogen (1987-1996). Durante nada menos que treinta años participa en otra serie, Der Alte, de 1980 a 2010 y recibió varios premios, entre ellos el Telstar, por su participación en otra famosa serie, Angst hat eine kalte Hand (1996). En 1999 presta su voz a la leona Zira en la película de Disney El Rey León 2. Su último trabajo hasta el momento ha sido en la recién estrenada Ostwind, de 2013. En 2010 estuvo en el jurado del 60º Festival Internacional de Cine de Berlín. Su labor en teatro no ha desmerecido en absoluto, abordando incluso papeles dramáticos como la Maria Estuardo de Schiller, Lulu de Wedekind o la protagonista de Die Frau vom Meer de Ibsen, papel por la que recibió el galardón Gertrud-Eysoldt-Ring (Anillo de Gertrude e Isolda). También ha interpretado musicales como My fair lady. De 1972 a 2001 fue miembro permanente del Münchner Kammerspiele. (Teatro estudio de Munich) y desde 1985 es miembro de la Academia de las Artes de Berlín.

Por todos estos años de trabajo los premios recibidos por Conny han sido inumerables e incluyen además de los mencionados el premio Hersfeld en 1973, la Cruz del Mérito de la República Federal de Alemania (1987), el Pro meritis scientiae et litterarum (2004), la Bayerischer Maximiliansorden para las ciencias y las artes (2005) y el Premio especial de cultura del estado de Baviera (2010).

Cornelia se casó en 1967 con Hellmuth Matiasek, antiguo director del Teatro Estatal de Braunschweig y del Gärtnerplatztheater de Munich. Tienen dos hijos, Agnes y Kaspar y viven en Wendelstein en los Alpes Bávaros.