Sus padres, los dos actores, le enseñaron a amar su profesión y con solo 14 años Catherine Dorléac adoptaba el apellido de su madre, Deneuve, para debutar en el cine en ‘Les Collégiennes’.
No tardaría mucho en conocer, trabajar y enamorarse de Roger Vadim con quien a los 20 años tuvo a su hijo, Christian, que ha hecho ya abuela a Catherine y que años después aseguraba: “Catherine es mejor actriz que madre”.
Tras romper con Vadim, la actriz se casó con el escritor británico David Bayley. Él fue su único marido, aunque muchos hombres sucumbieron a los encantos y elegancia de la actriz, que fue musa de Buñuel y de Yves Saint Laurent. Roman Polanski y Omar Sharif son algunos de ellos.
En 1972 Catherine tuvo con Marcelo Mastroianni a su segunda hija, Chiara. Actualmente, la actriz, que fue nominada al Oscar por su papel en ‘Indochina’, comparte su vida con el director André Téchiné.