Claudia Octavia s-a născut în anul 40 după Hristos la Roma și a fost singura fiică a împăratului Claudius din cel de-al treilea mariaj al acestuia cu verișoara sa, Valeria Messalina. Fetița a fost botezată după numele străbunicii ei, Octavia cea Tânără, sora împăratulului Augustus.
Încă de când era o copilă, tatăl său a promis-o de soție viitorului pretor Lucius Junius Silanus Torquatus, care era unul din descendenții lui Octavian Augustus.
Mama Octaviei, Valeria Messalina, a fost executată în anul 48, pentru că a fost implicată într-o conspirație care avea drept scop uciderea propriului ei tată. După acest eveniment, Claudius s-a căsătorit cu nepoata sa, Agrippina 
cea Tânără, care avea, din prima ei căsătorie, un fiu, pe Nero.
Agrippina, noua mama vitregă, a pus capăt logodnei dintre Octavia și Lucius Silanus și l-a convins pe Claudius să îl adopte pe Nero ca fiu și moștenitor al său, aranjând în același timp căsătoria Octaviei cu acesta, eveniment care a avut loc pe 9 iunie 53.
Claudius a murit pe 13 octombrie 54, iar Nero a urcat pe tron, fiind probabil unul dintre cei care au pus la cale otrăvirea fratelui Octaviei, Britannicus, la începutul anului 55. Istoricul Tacitus spune că din acel moment Octavia a devenit foarte
nefericită, dar a învățat să-și ascundă sentimentele față de soțul care îi era, în același timp, frate vitreg. Tânăra a fost prinsă în lupta pentru putere dintre Nero și Agripina, care s-a încheiat în martie 59, după ce fiul și-a ucis mama.
Octavia era iubită de poporul roman, era considerată „o soție aristocratică și virtuoasă”, dar mariajul său a fost un dezastru. Nero s-a plictisit repede de 
ea, a încercat chiar să o stranguleze și a avut mai multe aventuri cu o serie de femei libere, printre care Claudia Acte și Poppaea Sabina, care mai avusese anterior două mariaje. Când cea din urmă a rămas însărcinată, împăratul a divorțat de Octavia, pretinzând că este infertilă, pentru că nu reușise să aibă niciun moștenitor după opt ani de mariaj, și s-a măritat cu Poppaea, după doar douăsprezece zile de la divorț.
Fostul soț a exilat-o apoi pe Octavia în insula Pandateria (Ventotene de astăzi) acuzînd-o de adulter și punându-le pe slujitoare să o bată crunt.
Gestul lui Nero a fost foarte prost văzut, cetățenii Romei au protestat mărșăluind pe străzi cu statuia Octaviei împodobită cu flori și cerând întoarcerea ei. Înspăimântat de revolta populară, împăratul părea că va ceda și era aproape să accepte să se recăsătorească cu Octavia, dar, într-un moment de furie, i-a semnat actul de condamnare la moarte.
Câteva zile mai târziu, pe 8 iunie 62, Octavia, care avea numai 22 de ani, a fost legată și i s-au crestat venele, ca în ritualul tradițional roman de sinucidere, fiind apoi sufocată într-o baie cu aburi foarte fierbinți. Capul împărătesei exilate a fost tăiat și trimis Poppeaei, noua soție a împăratului. Moartea tragică a blândei Octavia i-a întristat mult de locuitorii Romei.
În anul 63 Poppaea i-a născut lui Nero o fiică, dar copila a murit după doar 4 luni. Un an mai târziu, într-un acces de mânie, Nero și-a omorât în bătaie soția care era însărcinată pentru a doua oară, lovind-o cu picioarele în abdomen, și, imediat, s-a însurat cu Statilia Messalina, dar apoi a început o relație amoroasă cu un băiat numit Sporus, un fost sclav, care semăna din punct de vedere fizic 
cu Poppaea. A cerut ca tânărul să fie castrat și îmbrăcat în veșminte femeiești, apoi s-a căsătorit cu el și l-a prezentat la ceremoniile oficiale ca împărăteasă a Romei.
Sângerosul împărat roman avea să se sinucidă pe 9 iunie 68, la vârsta de 30 de ani, după ce pierduse puterea și sprijinul supușilor săi, iar Sporus, tânărul pe care îl castrase, a fost supus oprobiului public și a sfârșit prin a se sinucide.
