Elle commence sa carrière en 1957 avec des petits rôles dans des films français. Son premier grand rôle arrive en 1960 dans le film "Les Portes claquent" de Claude Autant-Lara, qui la révèle au grand public et lui vaut un César du meilleur espoir féminin.
Cathérine Deneuve a été l'une des actrices les plus emblématiques du mouvement cinématographique français de la Nouvelle Vague, avec des collaborations fréquentes avec des réalisateurs tels que François Truffaut, Jacques Demy et Alain Resnais. Ses interprétations dans "Les Parapluies de Cherbourg" (1964) et "Les Saisons du plaisir" (1972) sont considérées comme des sommets de sa carrière.
Elle a également travaillé avec d'autres réalisateurs prestigieux, tels que Roman Polanski, Miloš Forman, Mike Nichols et Woody Allen. Sa collaboration avec Woody Allen dans le film "Interiors" (1978) lui vaut une nomination à l'Oscar de la meilleure actrice.
En plus de son travail au cinéma, Cathérine Deneuve est également connue pour sa carrière de mannequin et sa participation à des campagnes publicitaires prestigieuses. Elle a été la première ambassadrice mondiale du groupe Louis Vuitton et est apparue dans plusieurs campagnes de mode pour des marques telles que Chanel, Yves Saint Laurent et Lancôme.
En 1998, Cathérine Deneuve reçoit le prix César d'honneur pour l'ensemble de sa carrière exceptionnelle à la cinématographie française. En 2014, elle est nommée commandeure de la Légion d'Honneur par le président français François Hollande.
Au cours de sa longue carrière, Cathérine Deneuve a joué dans plus de 90 films et continue à travailler régulièrement à l'écran. Elle est considérée comme une icône de la cinématographie française et un modèle pour les actrices suivantes.