Deneuve nació en Francia y debutó en el cine siendo apenas una adolescente con la cinta Les collégiennes. La tercera de cuatro hermanos, la muerte de su hermana Françoise –junto a la que había actuado en su primera película– en un accidente de tráfico, fue un fuerte varapalo para ella.
Tuvo un hijo con el director Roger Vadim, también esposo de Brigitte Bardot, se casó con el fotógrafo David Bailey y conoció a Yves Saint Laurent que la convirtió en su musa. Tras su divorcio de Bailey tuvo un affaire con el actor Marcelo Mastroianni. De aquella relación nació su hija, la también actriz, Chiara Mastroianni.
Con un estilo sobrio y siempre impecable, capítulo aparte merece su relación con el maestro Saint Laurent, que se remonta a 1965. Por aquel entonces, Denueve tenía 22 años y había encargado un vestido de noche para acudir a una recepción con la reina Isabel II. Su conexión fue tal que Saint Laurent fue el encargado de crear el vestuario para Belle de Jour recomendado por Deneuve. Desde entonces, son incontables las ocasiones en las que Deneuve vistió de Saint Laurent para estrenos, festivales, entregas de premios o desfiles de la firma, de la que siempre ha sido una incondicional.
Recientemente subastó su colección de prendas diseñadas por el modisto parisino por falta de espacio tras vender su segunda residencia en Normandía. La venta de los 129 vestidos y complementos alcanzó una cifra de 900.625 euros. La subasta estuvo precedida de una exposición y de una cena organizada por la marca y de la que fue anfitrión Vaccarello, el diseñador de la firma.
También fue imagen de Louis Vuitton para la última campaña de la etapa de Marc Jacobs.
En lo cinematográfico, Catherine Deneuve es una actriz todoterreno. Con más de cincuenta años de carrera y más de 120 títulos a sus espaldas, ha trabajado con los directores más prestigiosos del cine europeo moderno y contemporáneo. De Luis Buñuel –que la convirtió en un icono en el filme Belle de jour– a Lars Von Trier, de Jacques Demy a Truffaut, y de Polanski a Manoel de Oliveira.
Su última aventura cinematográfica, La verdad del coreana Koreeda, tenía tintes autobiográficos. Con ella abrió el Festival de Venecia de 2019. Acudió al certamen acompañada de su hija en la cinta, Juliette Binoche. Para su llegada al Lido escogió el mítico bolso Bambú de Gucci.
2019 Subasta una parte de su colección de prendas diseñdas por Yves Saint Laurent. Presenta La verdad en el Festival de Venecia.
2013 Protagoniza la última campaña de Marc Jacobs para Louis Vuitton fotografiada por Steven Meisel.
2007 Se publica una biografía no autorizada de la actriz que lleva por título Deneuve, l’Affranchie.
2008 Rueda a las órdenes de Arnaud Desplechin Un cuento de Navidad, película en la que comparte pantalla con su hija Chiara.
2006 Preside el jurado del Festival de cine de Venecia.
2004 Publica el libro A la sombra de mí misma.
2001 Firma para ser imagen de L’Oréal Paris.
2000 Rueda a las órdenes de Lars Von Trier y junto a Björk Bailar en la oscuridad. Durante la presentación de la película en el Festival de Cannes comentó: “En todos los rodajes hay peleas, gritos, lloros y disgustos. Ninguna película se hace sin tensión, pero lo que queremos todos que se resalte aquí es el resultado conseguido y que no se centre la atención en cosas que son menos importantes”.
1994 Forma parte del jurado del Festival de Cannes.
1992 Recibe su primera y única nominación a los Oscar como mejor actriz por la película Indochina. 1981 Lanza un disco con canciones escritas por Serge Gainsbourg.
1972 Se divorcia de Bailey. Da a luz a su hija Chiara Mastroiani, fruto de su relación con el actor Marcello Mastroianni, y también actriz.
1969 Rueda en Toledo Tristana, a las órdenes de Luis Buñuel. Protagoniza La sirena del Mississippi de François Truffaut.
1967 Protagoniza la mítica Belle de Jour de Buñuel. Yves Saint Laurent diseña su vestuario para la película y Roger Vivier se encarga de los zapatos.
1966 Su hermana Françoise fallece en un accidente de tráfico.
1965 Rueda Repulsión a las órdenes de Roman Polanski. Se casa con el fotógrafo David Bailey. Conoce a Yves Saint Laurent.
1964 Aparece en la película de Jacques Demy Los paraguas de Cherburgo.
1963 Fruto de su relación con Roger Vadim, primer marido de Brigitte Bardot, nace su hijo Christian Vadim.
1957 Debuta en el cine con la película The Twilight Girls.
1943 Nace Catherine Deneuve fruto del matrimonio entre Maurice Dorléac, un actor con tendencias filo-nazis, y Violet Deneuve. Es la tercera de cuatro hermanos.