Była córką francuskiego aktora Maurice’a Dorléaca i Renée Deneuve, miała młodszą siostrę Catherine Deneuve.
W przeciwieństwie do Catherine (która przyjęła panieńskie nazwisko matki) pozostała przy nazwisku ojca. Zaczynała jako modelka, w filmie debiutowała pod koniec lat 50. Popularność przyniósł jej występ w Człowieku z Rio (1964) z Jean-Paulem Belmondo. Najwybitniejsze kreacje stworzyła w Gładkiej skórze (1964) François Truffauta i Matni (1966) Romana Polańskiego (rok wcześniej główną rolę w jego Wstręcie zagrała Deneuve).
Zginęła w wyniku pożaru samochodu, płonąc żywcem we wnętrzu kabiny.
Filmografia
1960: Les Loups dans la bergerie jako Madeleine
1961: La Fille aux yeux d'or jako Katia
1961: Ce soir ou jamais jako Danielle
1962: Les Trois chapeaux claques jako Paula
1962: Arsène Lupin contra Arsène Lupin (Arsène Lupin contre Arsène Lupin) jako Nathalie Cartier