Szülei négyéves korában elváltak, ő nevelőszülőkhöz került egy börtön szomszédságába, így játszótere a börtön udvara lett. Nevelőszüleinek meggyilkolása után visszakerült anyjához, aki közben férjhez ment egy mészároshoz. Delont tucatnyi iskolából tanácsolták el, mielőtt 15 évesen végleg búcsút intett a formális képzésnek. Mostohaapja maga mellé vette volna az üzletbe, de ő előbb az állást, majd 17 évesen az otthonát is elhagyta. A tengerészetnél lett ejtőernyős, és részt vett az indokínai háborúban.
1956-ban szerelt le. Piacon dolgozott, volt futár, portás és pincér. Utóbbi minőségében ismerkedett meg a fiatal színész Jean Claude Brialyval, aki magával vitte a cannes-i filmfesztiválra. Az ismeretlen, kölcsönszmokingban betoppanó sármos fiatalemberre azonnal felfigyeltek a James Deant kereső producerek, ám az amerikai ajánlatra nemet mondott. Elvállalta viszont a szereplést az Amikor a nő zavarba jön című francia filmben, és rögtön mindenkit meghódított acélos tekintete, férfibája és karaktere. 1958-ban állt először kamera elé a pályafutását szintén ekkor kezdő Jean-Paul Belmondóval a Légy szép, és tartsd a szád! című filmben. Még abban az évben, forgatás közben megismerkedett Romy Schneider osztrák színésznővel, akivel hamarosan magánéletüket is összekötötték, ők lettek a mozi álompárja.
1960-ban készült a Szikrázó napfény, az egyik legjobb európai krimi, amelyben Delon a csábító gyilkos, az angyali külső mögötti ördögi lélek megtestesítőjeként nemzetközileg is ismert lett. Ezután már tehetsége miatt is keresték: szerepelt a Luchino Visconti rendezte Rocco és fivéreiben, és a rendező vele forgatta később A párduc című filmet is. Antonioni Napfogyatkozásának forgatásán került közeli kapcsolatba az ismert modell Nicóval, aki fiút is szült neki, de nem tartotta vele a kapcsolatot. Delon 1963-ban Jean Gabin oldalán játszott az Alvilági melódiában, majd nagy sikert aratott A fekete tulipánban.
1964-ben ért véget kapcsolata Romy Schneiderrel, a szakítást szokatlan módon levélben jelentette be. Filmen azonban még ezután is szerepeltek együtt, és Schneider 1982-es halálakor Delon a Paris Match oldalain hosszú szerelmeslevélben búcsúzott tőle. Még 1964 nyarán feleségül vette Nathalie Canovast, akitől Anthony nevű fia született, és ugyanebben az évben filmprodukciós céget alapított. 1965-ben rövid és sikertelen kitérőt tett Amerikában, a kudarcért A szamuráj című 1967-es filmje vigasztalta: akkor teremtette meg a komor, hideg, hátborzongatóan nyugodt gyilkos figuráját.
A hatvanas évek végén testőre titokzatos halála sötét politikai hátterű bűnügy középpontjába állította, és bár ő is a gyanúsítottak között volt, végül nem találtak bizonyítékot arra, hogy szerepe lett volna a gyilkosságban.
A hetvenes években készült a Borsalino (ismét Belmondóval), majd a kedvencének tartott Klein úr (1976), amelyben egy, a zsidóüldözések üzleti lehetőségeit kihasználó műkereskedőt alakított. 1975-ben a Zorro címszereplője volt, majd 1979-ben ismét Amerika következett egy Airport filmmel - újból elismerés nélkül. 1981-től rendezett is, előbb az Egy zsaru bőréért, majd A kíméletlen című filmeket. A "komoly" szerepek és elismerések is megtalálták: 1984-ben Cesar-díjjal jutalmazták A mi történetünk című filmben nyújtott alakításáért, 1990-ben megkapta a Becsületrendet. A krimivel sem szakított, ennek termékei A zsaru szava és a Ne ébreszd fel az alvó zsarut. A Casanova visszatér című filmben (1992) sajátos öniróniával mutatta be a balsikerre kárhoztatott hódítót.
Közel száz filmben szerepelt, és bár időnként művészfilmeket is forgatott, igazi műfaját a bűnügyiek jelentették. Játszott bűnözőt és rendőrt, de minden szerepében magányos és titokzatos volt, egyszerre híres és ismeretlen főhős.
Más téren sem sikertelen: a hatvanas években a Dalidával közösen előadott Paroles című számuk örökzöld világsláger lett, Delon nevével alsó- és felső férfiruházatot, cigarettát, italt és illatszert is forgalmaznak. Szabadidejében korábban lóversennyel, manapság inkább műgyűjtéssel foglalkozik, de egy ismeretterjesztő tévécsatornán filmtörténeti sorozatot is vezetett.
Fiatalkori botrányai idővel elcsendesedtek, jóllehet egykor engedély nélküli fegyvertartásért a börtönt is megjárta, és maffiakapcsolatokkal is megvádolták. A zajos életnek hátat fordított, Svájcban telepedett le holland származású manöken feleségével, akitől két gyermeke született. A házasság 15 év után válással ért véget, és a szakítás annyira megviselte Delont, hogy még az öngyilkosság gondolata is megfordult fejében. Néhány hónapja keserűen nyilatkozta, hogy már csak gyermekeinek él, akik pedig lehet, hogy papájuk útját követik: 2002-ben egy krimisorozatban hétéves fia volt partnere, kislányával pedig közel tíz éve egy lemezt és egy videoklipet jegyeztek közösen.
Bár a csalódott és fáradt Delon 1999-ben bejelentette, hogy nem forgat többé, úgy tűnik nem állja szavát: az őszülő hajú egykori szívtipró lesz a tervek szerint XV. Lajos Soffia Coppola Marie-Antoinette-ről készülő filmjében. Persze, csak ha egészsége ezt lehetővé teszi: szívpanaszai miatt szeptember elején lemondta színházi turnéját, és októberben néhány napos kivizsgálásra kórházba kényszerült.