Figlia del pittore e cartellonista André Girard, Danièle Delorme studiò pianoforte per diventare concertista ma la seconda guerra mondiale la costrinse a interrompere gli studi. Passò quindi alla recitazione, seguendo prima i corsi di teatro di Jean Wall a Cannes, poi entrando a far parte nel 1942 della compagnia teatrale di Claude Dauphin, recitando - tra le altre - nella rappresentazione di Félicie Nanteuil diretta da Marc Allégret. Dopo la fine della guerra continuò gli studi di recitazione, perfezionandosi con i corsi di Tania Balachova e René Simon. La sua interpretazione del personaggio di Gigi, creato da Colette e protagonista dell'omonimo film girato nel 1949, le fece raggiungere la fama e la impose come interprete ideale di ruoli di eroina fragile segnata dal destino. Interpretò successivamente il film Minne, l'ingénue libertine (1950), anch'esso basato su una novella di Colette.
Negli anni cinquanta e sessanta apparve sul palcoscenico in numerosi lavori di grandi autori come Henrik Ibsen, Jean Anouilh, Paul Claudel, Luigi Pirandello. Dopo essere stata protagonista del film Ecco il tempo degli assassini (1956) di Julien Duvivier, in cui interpretò un personaggio di grande ambiguità e doppiezza morale, per un certo periodo si dedicò alla produzione cinematografica e al teatro. Riprese ad apparire con una certa regolarità sul grande schermo dai primi anni settanta, in particolare in pellicole dirette dal suo secondo marito Yves Robert, con il quale collaborò artisticamente anche con la creazione della casa di produzione "La Guéville", che annovera tra i suoi successi i film La guerra dei bottoni (1962) e Alexandre, un uomo felice (1973).
Prima del matrimonio con Robert, era stata sposata dal 1945 al 1955 con l'attore Daniel Gélin, da cui nel 1946 ebbe un figlio, Xavier, divenuto attore e regista, e morto nel 1999. Il matrimonio con Gélin terminò dopo che l'attore confessò di avere una relazione con la modella tedesca Marie Christine Schneider, dalla quale ebbe una figlia, Maria Schneider.
Morì a Parigi il 18 ottobre 2015 all'età di 89 anni[2].
