Она мечтала о кино с 10-летнего возраста и успела сняться в 16 картинах. Ей прочили грандиозную славу, но в 25 ее не стало.
У французского драматического актёра Мориса Теньяка (псевдоним–Дорлеак) и Рене Денёв было три дочери, еще одну дочь по имени Даниэль Рене родила в 1937 году от первого мужа. 
В 1942 году родилась Франсуаза, а следом за ней, 1,5 года спустя, Катрин. Они выросли в одной комнате и из-за маленькой разницы в возрасте чувствовали себя словно близнецами.
Они любили друг друга и всю жизнь были очень близки, хоть и ссорились довольно часто. Характер сестер был совершенно разным. Непослушная, яркая Франсуаза иногда была требовательной и вспыльчивой, а тихая, задумчивая Катрин старалась сглаживать размолвки. 
Старшая сестра с 10 лет мечтала стать кинозвездой, а младшая хотела стать модельером, актерская карьера, слава и съемки в кино совершенно Катрин не заботили.
Франсуаза с детства была целеустремленной, а Катрин считалась «трудным» ребенком. «Я была полной противоположностью своей старшей сестре Франсуазе, — вспоминает Денев. — Она никогда не курила. Я курила. Не пила, а я любила выпить. Она почти ничего не ела, кроме яйца всмятку, а я люблю поесть».В начале 60-х талантливая Франсуаза вела богемную жизнь, участвуя в модных показах, а Катрин проводила большую часть времени дома.
Франсуаза стала первой из сестер, начавшей актерскую карьеру, а позднее стала тем человеком, благодаря которому Катрин Денев тоже начала интересоваться кино. 
Чтобы не путать публику, девушки взяли разные фамилии: Франсуаза – псевдоним отца — Дорлеак, а Катрин девичью фамилию матери – Денев. Я красивая, а Катрин хорошенькая, я гениальна, а Катрин талантлива, – говорила Франсуаза. Так думали тогда и многие окружающие. 
Однако, считала ли так на самом деле Франсуаза? Не всегда. Несмотря на то, что ее нестандартная красота, несимметричные черты лица, копна рыжих волос и умение подчеркнуть свою внешность, завораживали, были дни, когда она приходила в отчаяние от своей внешности. 
Первым фильмом, в котором сыграла Франсуаза, стал короткометражный фильм «Ложь» (1957).
Прошло несколько лет, и она привела Катрин на съемочную площадку. Обе сестры вскоре стали самыми востребованными актрисами Франции, а режиссеры наперебой приглашали сниматься то одну, то другую.
В 1964 году Франсуаза сыграла в фильме «Человек из Рио» с Жаном-Полем Бельмондо, став эталоном 60-х. 
Но 1964 год стал сложным испытанием для сестер.
Франсуаза сыграла одну из своих лучших ролей, стюардессу Николь в фильме Франсуа Трюффо «Нежная кожа», а Катрин в том же году досталась главная роль Женевьев Эмери в
«Шербурских зонтиках». 
Обе картины были показаны на фестивале в Каннах.
Фильм «Нежная кожа» был холодно встречен публикой и критиками, а «Шербурские зонтики» ждал триумф и золотая пальмовая ветвь. После выхода фильма Катрин Денев стала знаменитой.
Франсуаза тяжело переживала провал, а Денев признавалась позднее, что не могла в полной мере наслаждаться успехом из-за неудачи сестры.
В прессе стали появляться сообщения о соперничестве и зависти, и Катрин приходилось оправдываться, что им с сестрой делить нечего, они слишком разные, и в жизни, и на экране.
«Франсуаза такая живая, смелая, талантливая, свободная. Мы никогда с ней не соперничали, – говорила позднее Катрин, — Слишком были разные, хотя очень близкие друг другу. С тех пор у меня нет подруг. Я ни с кем не могу разговаривать так, как с сестрой».
Режиссерам также приходилось разрываться между сестрами. К примеру, Роман Полански в 1965 году снял Катрин Денев в «Отвращении», а через год Франсуазу в фильме «Тупик».
Проблему выбора решил Жак Деми в 1966 году, пригласив сниматься в мюзикл «Девушки из Рошфора» сразу обеих актрис. 
Фильм с гениальной музыкой Мишеля Леграна получился легким и красивым, а роскошные наряды и прекрасные сестры-красавицы не оставили зрителей равнодушными. 
В 1967 году, собираясь лететь на премьеру «Девушек из Рошфора» из Ниццы в Лондон, Франсуаза направлялась в аэропорт на автомобиле Renault 10. Девушка не справилась с управлением, автомобиль перевернулся и загорелся. Свидетели видели, как она отчаянно пыталась выбраться из горящей машины, но не смогла ничего сделать. Тело Франсуазы опознали только по фрагментам чековой книжки, дневника и водительских прав.
После смерти сестры Катрин Денев несколько месяцев принимала транквилизаторы, и с головой ушла в работу, снимаясь везде подряд, лишь бы не думать о смерти сестры. Смерть Франсуазы стала огромным ударом для Катрин, и она до сих повторяет, что ее успех должен был на самом деле принадлежать Франсуазе Дорлеак.
С 1992 года площадь у вокзала в Рошфоре носит имя Франсуазы Дорлеак.
