Catherine Deneuve begon haar carrière op elfjarige leeftijd als Catherine Fabienne Dorléac met een piepklein rolletje in André Hunnebelle’s Les collégiennes (1957). Ze werd daarna al snel vaker gecast, waaronder in films van Roger Vadim en Jacques Demy, wiens Les parapluies de Cherbourg haar grote bekendheid opleverde. Om naamsverwarring met haar oudere zus, de actrice Françoise Dorléac, te voorkomen nam ze de familienaam van haar moeder aan.

Internationaal brak ze in 1965 door als de schone Carole in Roman Polanski’s baanbrekende thriller Repulsion. Vanaf dat moment heeft ze samengewerkt met vele grootmeesters van de cinema: onder andere Luis Buñuel, Jean-Paul Rappenau, Jean-Pierre Melville, André Téchine, François Truffaut, Lars von Trier en François Ozon hebben haar geregisseerd.

In Nederland is ze volgende maand in de bioscoop te zien in de roadmovie Elle s’en va van Emmanuelle Bercot. Met regisseur Benoît Jacquot werkt ze momenteel aan de opnamen van Troic coeurs.