Клео Протохристова е родена на 7 юли 1950 г. в София.
Завършва СУ „Св. Климент Охридски“ (1973). Защитава докторска дисертация (1983). Доктор на филологическите науки (2004). Специализира в Университета на Аахен (2001), Университета на Ювескюла, Финландия (2000), Рочестърския университет, Ню Йорк (1998), Вашингтонския университет, Сиатъл, САЩ (стипендия „Фулбрайт“, 1991-1993), Университета на Пенсилвания, Питсбърг (1991) и Атинския университет, Гърция (1987-88).
Води курсове по Антична и западноевропейска литература и по Сравнително литературознание в Пловдивския университет „Паисий Хилендарски“ (от 1974). Професор (2005).
Гост-професор в СУ „Св. Климент Охридски“ (2002-2010), Нов български университет (1995-96; 2004-2010), Шуменския университет „Епископ Константин Преславски“ (1994-96), и Бургаския свободен университет (1995-2003). Ръководител е на Катедра по история на литературата и сравнително литературознание в Пловдивския университет от 1994 г.
Председател на Общото събрание на Пловдивския университет (2000-2008).
Член на СНС по литературознание към ВАК (1998-2010).
Област на научни интереси: титрология; интертекстуалност; тематични изследвания; рецепция на античната драма.