Выдающаяся французская актриса, которую некоторые называют «последней мегазвездой Франции».
Родилась 22 октября 1943 года в Париже, Франция.
Урождённая — Катрин Фабьен Дорлеак.
Дочь драматического актёра Мориса Дорлеака и Рене Денёв. Закончила парижский лицей "Ла Фонтэн ".
Катрин Денёв приобрела суперзвёздный статус после каннского триумфа музыкального фильма «Шербургские зонтики» (1964). В следующем году исполнила главную роль в психологическом триллере Романа Полански «Отвращение» — первом англоязычном фильме знаменитого режиссёра.
В последующие годы укрепила репутацию ведущей французской актрисы, работая с такими гигантами мирового кино, как Луис Бюнюэль («Тристана», 1970) и Франсуа Трюффо («Последнее метро», 1980). Одной из её самых смелых работ был фильм Бюнюэля «Дневная красавица» (1967).
Несмотря на неоднократные приглашения в Голливуд, Денёв осталась известной аудитории в Штатах преимущественно как героиня роликов, рекламирующих парфюмерную продукцию, и одна из вампирш из культового фильма «Голод» (1983).
Успех сопутствовал Денёв и в последующие годы. Критики особенно благосклонно восприняли её роль в драме «Индокитай» (1992), который удостоился премии «Оскар» за лучший иностранный фильм. В 2002 году весьма лестные отзывы получила картина Франсуа Озона «Восемь женщин», а за два года до этого «Золотая пальмовая ветвь» была присуждена другому фильму с участием Денёв — «Танцующей в темноте» Ларса фон Трира.
У Катрин Денёв двое детей: сын Кристиан — от режиссёра Роже Вадима (Племянникова) и дочь Кьяра Мастроянни — от актёра Марчелло Мастроянни.
В 2004 году актриса приезжала в Москву на презентацию книги Андрея Плахова о ней самой.