Mit dem Regisseur Jacques Demy, mit dem sie seit ihrer Kindheit befreundet war, besuchte Moreau die École supérieure des beaux-arts in Nantes, wo sie ihren späteren Ehemann, den Szenenbildner Bernard Evein, kennenlernte.[2][3] Am Institut des hautes études cinématographiques (IDHEC) schloss sie ein Studium im Fach Kostümbild mit Diplom ab.[4] Als Kostümbildnerin sammelte Moreau zunächst Erfahrungen beim Theater und an der Oper, ehe sie ab 1954 auch beim Film Anstellung fand. Bei ihrer ersten Filmproduktion entwarf sie Kostüme für Fernandel als Ali Baba in der gleichnamigen Filmkomödie von Jacques Becker. Mit Der große Verführer folgte 1956 eine weitere Fernandel-Komödie. 1961 entwarf sie Kostüme für Jean-Luc GodardsEine Frau ist eine Frau mit Anna Karina in der Rolle einer Striptease-Tänzerin. Drei Jahre später betraute sie Jacques Demy mit dem Kostümbild seines Films Die Regenschirme von Cherbourg, für den ihr Ehemann Bernard Evein die Filmbauten schuf. Noch im selben Jahr kam sie bei der US-amerikanischen Produktion Leih mir deinen Mann zum Einsatz, in der Jack Lemmon und Romy Schneider die Hauptrollen spielten. 1967 arbeitete Moreau mit Demy und Evein für Die Mädchen von Rochefort erneut zusammen. Unter der Regie von John Frankenheimer war sie bei dem Film Die Steppenreiter (1971) abermals an einer US-Produktion beteiligt.