Catherine Deneuve (d. 22 Ekim 1943) Fransız aktris. İki tanınmış aktörün kızıdır. İki kız kardeşi vardır; Françoise Dorléac (1942-1967) ve Sylvie (1946 doğumlu), ikisi de oyuncu, ilki bir araba kazasında öldü. Anne tarafından Danielle (1937 doğumlu) adında bir üvey kız kardeşi vardır.
Genç yaşta filmlerde rol almaya başladı. İlk önemli rolü Jacques Demy'nin 1964 yapımı Les Parapluies de Cherbourg filmidir. O zamandan beri, başta Roman Polanski'nin Repulsion (1965), Luis Buñuel'in Belle de Jour (1967) ve Tristana (1970) ve François Truffaut'nun Le Dernier Métro (1982) filmleri olmak üzere en büyük film yönetmenlerinden bazılarıyla çalıştı. Chanel No 5 parfümü için bir reklam filmi yaptı. Moda tasarımcısı Yves Saint Laurent'in yakın arkadaşıdır.
1965-1972 yılları arasında İngiliz fotoğrafçı David Bailey ile evlendi. Christian Vadim (1963 doğumlu) adında bir oğlu olan film yönetmeni Roger Vadim (1928-2000) ve Chiara Mastroianni (1972 doğumlu) adında bir kızı olan İtalyan aktör Marcello Mastroianni (1924-1996) ile ilişkileri olmuştur. Her iki çocuğu da oyuncudur.