Szülei: Maurice Dorléac (1901–1979) és Renée Simonet (1911–2021) ismert színészek voltak. Iskolai tanulmányai után a Dior cég manökenje lett. Táncolni tanult és színi tanulmányokat folytatott. 1960–1967 között 21 filmben volt látható.
ColetteGigi című darabjában mutatkozott be. Szerepelt a Théátre Antoine színpadán és a Palais Royalban. Hervé Bromberger filmrendező fedezte fel a film számára, s ettől kezdve az új hullám alkotásainak kedvelt főszereplője volt. A magyar közönség a Rendkívüli kiadás (1962) excentrikus leányalakjaként ismerte meg. Temperamentumos egyénisége többnyire kalandtörténetekben aratott sikert. 1964-ben Jean-Paul Belmondo partnere volt a Riói kaland című filmben. 1966-ban Roman PolańskiZsákutca című filmjében is szerepelt. Húgával, Catherine Deneuve-vel együtt szerepelt A rochefort-i kisasszonyok című 1967-es filmmusicalben. Ez volt utolsó ismert filmje, nem sokkal később sportkocsijában autószerencsétlenség áldozata lett.