Mendès bracht zijn jeugd door in Toulouse. In 1859 kwam hij naar Parijs, waar hij een beschermeling werd van Théophile Gauthier en zich bij de Parnassiens aansloot. Hij stichtte het blad La Revue Fantaisiste, waarin onder meer Auguste Villiers de L'Isle-Adam en Paul Verlaine hun eerste verzen publiceerden. In 1862 verscheen zijn eerste dichtbundel, Philoméla. Voor de publicatie van de erotisch getinte Le roman d'une nuit in de Revue fantaisiste werd hij veroordeeld tot een maand gevangenisstraf en een boete van 500 francs. Dat was de aanleiding voor een levenslange strijd die hij zou voeren voor de vrijheid van de kunstenaar. Het betekende tegelijk het einde voor de Revue fantaisiste. Mendès trok voor enkele jaren naar Duitsland, waar hij een bewonderaar werd van Wagner.
Mendès huwde in 1866 Judith Gauthier, de dochter van Théophile Gauthier. Dat huwelijk hield echter niet lang stand. Hij had vanaf ongeveer 1869 een verhouding met de componiste Augusta Holmès. Ze kregen vijf kinderen, voordat het paar in 1886 uit elkaar ging. Drie dochters zijn het voorwerp van een schilderij van Auguste Renoir, Les filles de Catulle Mendès. Mendès huwde later nog met de dichteres Jeanne Nette.
Tijdens het beleg van Parijs in 1871 was hij inspecteur des ambulances. Hij schreef in die periode Les Odelettes guerrières, La Colère d'un franc-tireur en Les Soixante-treize journées de la Commune.
Catulle Mendès schreef een omvangrijk en gevarieerd oeuvre bij elkaar. Vanaf 1879 verscheen er bijna elk trimester een boek of toneelstuk van hem, naast zijn gedichten en artikels voor de Parijse bladen.[2]
Hij vocht meerdere duels met de degen uit, waaronder een met René d'Hubert, de directeur van de Gil Blas en een met de symbolistGeorges Vanor, die tevens een ervaren schermer was. Mendès werd daarbij ernstig verwond en verkeerde enkele dagen tussen leven en dood.[2]
Catulle Mendès stierf in 1909 onder niet geheel opgehelderde omstandigheden. Zijn lichaam werd op 7 februari gevonden in een spoorwegtunnel in Saint-Germain-en-Laye. Men vermoedt dat Mendès de deur van zijn wagon geopend had in de veronderstelling dat zijn trein reeds in het vlakbij gelegen station was aangekomen, net op het moment dat de trein opnieuw vertrok, waardoor hij het evenwicht verloor en onder de wielen van de trein terechtkwam.[2]
