Delannoys Eltern stammten aus der Haute-Normandie. Er selbst wurde in dem Pariser Vorort Noisy-le-Sec geboren und war der Nachfahre von Hugenotten, die De la Noye und später Delano hießen.
Während seiner Studienzeit in Paris begann Delannoy damit, in Stummfilmen wie beispielsweise Die große Leidenschaft (1928) mitzuspielen. Er arbeitete schließlich für Paramount, wo er sich zum Filmeditor hocharbeitete. 1934 bildete seine erste Regiearbeit, der Kurzfilm Une vocation irrésistible, den Grundstein für die zweite Phase seiner Karriere, in der er auch als Drehbuchautor tätig war. 1946 wurde sein Film Und es ward Licht als einer von elf Filmen in Cannes mit dem Grand Prix ausgezeichnet. 1960 erhielt Kommissar Maigret stellt eine Falle eine Nominierung für den British Film Academy Award.
Zu seinen ersten großen Erfolgen gehörten Der Oberst des Kaisers (1942) und Der ewige Bann (1943). Nach Filmen wie Und es ward Licht (1946), Das Spiel ist aus (1947; nach Sartre) und Kommissar Maigret stellt eine Falle (1958) folgten intellektuell anspruchsvolle Filme, bis er sich 1976 dem Fernsehen zuwandte. Danach folgte eine Reihe von Filmen, die das Leben von Heiligen schilderten: Bernadette – Das Wunder von Lourdes (1988), La Passion de Bernadette (1990) und Maria von Nazareth (1995).
1986 erhielt Jean Delannoy einen Ehrencésar für sein Lebenswerk.
