Катрин Дорлеак родилась в семье актеров в 1943 году. Кроме нее в семье было еще три дочери. Мать, Рене Денёв, актриса театра «Комеди Франсез», успевала и вести дом, и заниматься детьми. От родителей у Катрин представление о том, что главное в актерской профессии – дисциплина и организованность. Ближе всех в семье Катрин была ее старшая сестра Франсуаза, которая рано стала сниматься в кино и привела туда младшую сестру. Катрин, чтобы ее не путали с популярной уже Франсуазой Дорлеак, взяла девичью фамилию матери Денёв как псевдоним. Не все ей давалось просто: Катрин с детства была стеснительной, на первых съемках мучительно зажималась, на театральную сцену из-за страха перед публикой так никогда и не вышла.

Но успех к ней пришел очень рано: музыкальный фильм «Шербурские зонтики» (1964 год, «Золотая пальмовая ветвь» Каннского фестиваля) прославил Катрин Денёв на весь мир. К этому времени она пережила роман с режиссером Роже Вадимом и родила от него в 1963 году сына Кристиана. От Вадима она ушла – свадьба намечалась, но расстроилась. Легенда утверждает, что именно Роже Вадим, «создатель кинодив» – он был в разное время мужем или возлюбленным Брижит Бардо, Джейн Фонды, актрисы Аннет Стройберг, – посоветовал Катрин перекраситься из шатенки в блондинку. Но актриса говорит, что это неправда: просто она однажды сама попробовала покраситься в блонд, и ей понравилось.

Романтический мюзикл «Шербурские зонтики», кроме известности, принес актрисе устойчивое амплуа блондинки с идеальной внешностью. «Очень долго меня считали хорошенькой и… недалекой. У меня было полно комплексов. Это все шло, видимо, из детства. В глазах окружающих я была глупенькой куклой. Меня это оскорбляло. И я решила, что докажу, чего стою на самом деле».