Totes dues formes són vàlides.
El DIEC2 només recull Cleopatra (entrades "captivar" i "cobra"). L'Enciclopèdia.cat les recull totes dues.
D'acord amb l'Oficina d'Onomàstica de l'Institut d'Estudis Catalans, la primera forma (Cleopatra, amb accentuació plana) és la solució més popular i tradicional en català (utilitzada per autors com Carles Riba i Josep Maria de Sagarra). La segona (Cleòpatra, amb accentuació esdrúixola) és la forma més culta i més fidel al nom originari (utilitzada sobretot en àmbits especialitzats).
Als nostres mitjans hem donat preferència a la forma popular Cleopatra, especialment en el doblatge de pel·lícules.