Színészcsaládba született, apja Maurice Teynac (született: Dorléac), színházi, majd filmes színész, anyja, Renée Deneuve ugyancsak színész volt, nagyanyja pedig színházi súgó. Négy lánytestvére közül ő a harmadik. Idősebb nővére, az ugyancsak színészi pályát választó Francoise Dorléac egy tragikus autóbalesetben hunyt el. Részben miatta vette fel anyja leánykori családnevét.
Karrierjét a 1964-ben megjelent Cherbourgi esernyők indították be, ahol a fiatal és ártalmatlan boltoslányt alakította. Ezután egymást érték a jobbnál jobb filmek, nagyot alakított többek között az Iszonyatban, A nap szépében, Az éhségben vagy a Megtalált időben.
A kétszeres César-díjas és európai filmdíjas francia színésznő együtt élt Roger Vadim filmrendezővel, akitől 1963-ban fia született. Majd 1965-ben feleségül ment David Bailey brit fényképészhez, akitől hivatalosan 1972-ben vált el. Ezt követően Francois Truffaut filmrendezővel és Marcello Mastroianni színésszel élt együtt, tőle született lánya, Chiara Mastroianni.
Az egész világon úgy tekintenek rá, mint az utóbbi negyven év legnagyobb francia színésznőjére. Kivételes filmszínészi életművével nemzetközi hírnévre tett szert. Az összes nagy európai filmrendező őt keresi, neve véglegesen összeforrt a filmkészítés 20. század végi történetével.
Írta a Magyar Hírlap
