Mis en service dans la Royal Navy en , le Cleopatra est affecté à la 5e escadre de croiseurs légers de la Force de Harwich, qui opère dans la mer du Nord pour garder les atterrages orientaux du pas de Calais et de la Manche. En 1915, il est équipé d'une piste sur son gaillard d'avant pour lancer des monoplans de fabrication française du Royal Naval Air Service pour attaquer les dirigeables allemands survolant la mer du Nord, mais l'avion est incapable d'atteindre l'altitude nécessaire pour attaquer les dirigeables et la piste est enlevée début 1916. En , il participe à la chasse en mer du Nord contre le croiseur auxiliaireSMS Meteor de la Kaiserliche Marine. En , il remplace le croiseur léger HMSArethusa récemment perdu en tant que navire amiral de la Harwich Force, le commodoreReginald Tyrwhitt. Il fait partie de la force couvrant un raid d'hydravions du Royal Naval Air Service contre les hangars à dirigeables allemands à Tønder et le nord de l'Allemagne, le et, lors du voyage de retour, aperçoit le destroyer allemand G 194 devant lui. Il se tourne vers le G 194 et le percute, coupant le destroyer en deux et le coulant immédiatement, mais la manœuvre conduit le Cleopatra à travers la proue du croiseur léger HMSUndaunted, les deux croiseurs entrent en collision; le Cleopatra retourne à la base seul malgré les dommages subis dans les deux collisions, mais l’Undaunted est si gravement endommagé qu'il lui faut quatre jours pour atteindre le port.
Après les réparations, le Cleopatra retourne au service à temps pour prendre part aux opérations de la Royal Navy à Lowestoft pendant le bombardement de Yarmouth et de Lowestoft, le , et fait partie de la force du commodore Tyrwhitt contre les croiseurs allemands. Il participe à un engagement contre des destroyers allemands en mer du Nord le . Le , il heurte une mine au large au large de la Belgique, mais revient vite au combat après des réparations.
En , le Cleopatra participe à une opération infructueuse pour attaquer les destroyers allemands au large des côtes belges. Il subit une modernisation au cours de 1917. En , il rejoint les autres croiseurs de la Harwich Force dans une zone de patrouille pour intercepter toute tentative allemande d'intercepter des convois à destination et en provenance de la Scandinavie. Il est affecté à la 7eescadre de croiseurs légers de la Grand Fleet en en tant que navire amiral de l'escadre, et sert à ce titre jusqu'à la fin de la Première Guerre mondiale en et jusqu'en .
Après avoir quitté la 7e escadre de croiseurs légers en , le Cleopatra rejoint la 2e escadre de croiseurs légers en et sert dans la mer Baltique de 1919 à 1920 pendant la campagne britannique contre les forces bolchéviques pendant la guerre civile russe. Après son retour au Royaume-Uni, il est remis en service en pour servir dans l'Atlantic Fleet. Il est désarmé en 1921 et placé dans la réserve de Nore.
Le Cleopatra est remis en service en 1923 pour servir dans la 3e escadre de croiseurs légers, puis entre dans la réserve de Devonport en 1924. Il est de nouveau remis en service en et est affecté à la 2e escadre de croiseurs légers de l'Atlantic Fleet, servant jusqu'à sa mise hors service de nouveau en . En , il est de retour dans la réserve de Nore et en est le navire amiral de à . Pendant sa présence dans la réserve de Nore, il transporte des troupes en mer Méditerranée en et en Chine en 1929. En , il est mis hors service et placé dans le chantier naval de Chatham Dockyard.
Dans la marine des forces britanniques, HMS signifie Her Majesty's Ship ou His Majesty's Ship, selon que le monarque anglais est de sexe féminin ou masculin
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