1964年，与雅克·德米共同主演歌舞片《瑟堡的雨伞》，在片中饰演雨伞店的售货员茱莉 ；同年，与滨美枝、让-皮埃尔·卡塞尔联袂主演犯罪喜剧电影《完美的骗子》；9月18日，出演的喜剧电影《诱惑的艺术》在意大利上映；11月27日，与萨米·弗雷主演的剧情电影《一致的原因》在意大利上映。
1965年，凯瑟琳·德纳芙与伊冯·弗奴克丝、约翰·弗拉瑟联合主演由罗曼·波兰斯基执导的惊悚恐怖片《冷血惊魂》，饰演青春美丽的卡洛·雷杜 。1966年1月25日，与皮埃尔·布拉瑟合作主演的爱情电影《城堡之恋》上映。
1967年3月8日，凯瑟琳·德纳芙与弗朗索瓦·朵列合作主演的爱情歌舞片《柳媚花娇》在法国上映，在片中饰演擅长跳舞的金发美女迪芬；同年，凯瑟琳·德纳芙与让·索里尔合作主演改编自约瑟夫·科塞尔同名小说的剧情片《白日美人》，在片中饰演外科医生皮埃尔的妻子塞芙丽娜 ，她凭借该片入围第22届英国电影和电视艺术学院奖最佳女主角奖。
1969年，美国“20世纪福克斯”制片公司邀请她到好莱坞发展；6月18日，与让-保罗·贝尔蒙多合作出演的爱情电影《骗婚记》上映；5月28日，与杰克·莱蒙共同主演的爱情电影《四月愚人》在美国上映。
1970年，凯瑟琳·德纳芙与布努埃尔合作主演剧情片《特丽丝塔娜》，在片中饰演个性单纯、寄人篱下的女孩特丽丝塔娜；同年，与雅克·贝汉合作主演的奇幻电影《驴皮公主》上映。1971年10月8日，与马塞洛·马斯楚安尼共同主演的爱情电影《流不尽的泪》在美国上映。
1972年，与阿兰·德龙、理查德·克里纳联袂主演悬疑片《大黎明》，在片中饰演美丽动人的罪案主犯凯茜 ；同年，主演由马尔科·费雷里执导的剧情电影《母狗》。1973年，与马塞洛·马斯楚安尼合作主演的喜剧电影《怀孕的男人》在英国上映。1974年，与马可·费拉里合作主演喜剧电影《不要伤害白种女人》。1975年，出演喜剧片《荒岛余生》，她凭借该片入围第1届法国凯撒奖最佳女主角奖。
1976年，主演由克劳德·勒鲁什执导的伦理片《爱能否重来》，在片中饰演因抢劫银行被迫入狱的女人凯瑟琳·伯杰。1977年，与吉恩·哈克曼、特伦斯·希尔联合主演剧情片《前进或死亡》；10月28日，由其参演的喜剧电影《海边度假屋》在意大利上映。1978年，由其参演的剧情电影《别人的钱》上映。
1979年，与雅克·迪特隆合作主演的剧情电影《为我俩干杯》上映；同年，与克劳德·布莱塞合作主演剧情电影《Ilssontgrands,cespetits》；此外，还与让·雷谢夫共同主演了爱情喜剧电影《Couragefuyons》。
1980年，凯瑟琳·德纳芙与理察·基尔合作主演爱情片《我爱您》 ；同年，与杰拉尔·德帕迪约、保利特·达波斯特等联袂主演由弗朗索瓦·特吕弗执导的爱情片《最后一班地铁》，在片中饰演艺术家吕卡斯·斯达奈的妻子玛丽安·斯坦纳，她凭借该片获得第6届法国电影凯撒奖最佳女演员奖。
1981年，与帕特里克·迪瓦尔合作主演由安德列·泰西内执导的爱情片《美国旅馆》，在片中饰演个性孤僻、外表美艳的女子埃里娜 ；同年，参演纪录片《新闻记者》；此外，还与伊夫·蒙当、杰拉尔·德帕迪约联合主演了犯罪电影《选择武器》。
1984年1月18日，与米歇尔·塞罗共同主演的剧情电影《失落的一封信》在法国上映；5月11日，与苏菲·玛索、菲利浦·诺瓦雷联合主演的战争片《沙岗堡》上映；12月19日，由其主演的剧情电影《对话与音乐》在法国上映。
1986年，与达尼尔·达黎欧搭档主演的犯罪电影《犯罪现场》；2月6日，由其主演的喜剧电影《让我们祈祷这是个女孩》在意大利上映。1987年，与理查德·波林热合作主演惊悚片《暧昧的因素》。1988年，与杰拉尔·德帕迪约共同主演的剧情片《相会的可笑地点》上映。
1992年4月15日，凯瑟琳·德纳芙与文森特·佩雷斯、范林丹联合主演的爱情片《印度支那》在法国上映，在片中饰演不随波逐流的橡胶种植园园主艾丽娅娜·德夫里，她凭借该片入围第65届奥斯卡奖最佳女主角奖，获得第18届法国凯撒奖最佳女演员奖。
1993年，与丹尼尔·奥图耶共同主演由安德列·泰西内执导的剧情片《钟爱一生》，在片中饰演安托万的姐姐埃米丽 ，她凭借该片入围第19届法国凯撒奖最佳女主角奖。1994年，成为第47届戛纳电影节评委会成员。
1995年，与约翰·马尔科维奇合作主演爱情片《爱欲修道院》 。1996年10月5日，与丹尼尔·奥图耶合作主演的爱情犯罪片《夜夜夜贼》上映，她凭借该片入围第22届法国凯撒奖最佳女主角奖。1997年，与米歇尔·皮寇利、梅尔维尔·珀波联合主演犯罪片《犯罪家谱》 。
1999年，与赫尔曼·梅尔维尔合作主演根据1852年美国作家梅尔维尔小说改编的剧情片《宝拉X》 ；同年，与艾曼纽·贝阿合作主演爱情片《追忆似水年华》 ；此外，还主演由菲利普·加莱尔执导的爱情片《夜风》，饰演徐娘半老的家庭主妇海伦 。
2002年，与伊莎贝尔·于佩尔、维吉妮·拉朵嫣等主演由弗朗索瓦·欧容执导的悬疑片《八美图》，在片中饰演资本家马修的妻子盖碧 ，她凭借该片获得第15届欧洲电影奖最佳女演员奖；同年，与威廉·赫特等联合主演爱情电影《接近天堂》上映。
2003年，凯瑟琳·德纳芙与鲁伯特·艾弗雷特、娜塔莎·金斯基等主演惊悚剧《危险关系》 ；8月31日，由其出演的喜剧电影《会说话的照片》在意大利上映。
2004年，凯瑟琳·德纳芙与艾曼纽·德芙、马修·阿马立克联袂出演喜剧片《国王与王后》 ；同年，与杰拉尔·德帕迪约合作主演爱情片《时光流转》，该片作为参展片入围上海国际电影节主竞赛单元 。
2005年，与瓦莱丽·勒梅尔西埃、兰伯特·威尔逊联合主演喜剧片《王宫风云》，在片中饰演外表雍容华贵，处事专横的女王欧仁尼，她凭借该片入围第31届法国凯撒奖最佳女配角奖。2006年，与莫妮卡·贝鲁奇、莫里兹·布雷多等联合主演改编自让·克里斯托夫·格朗热所著同名小说的剧情片《灵石会议》，在片中饰演劳拉的养母苏彼勒·威波 ；同年，获得第9届上海国际电影节杰出艺术成就奖 。
2008年5月，与马修·阿马立克等合作主演的剧情片《圣诞故事》上映，饰演伊丽莎白的母亲，家族的家长朱诺 ；12月，参演的法国纪录片《阿涅斯的海滩》在法国上映，该片由阿涅斯·瓦尔达执导；同年，主演以黎巴嫩南部地区的战争为背景的剧情片《我想看》 。
2009年3月18日，与艾米莉·德奎恩、尼古拉斯·迪佛休尔联合主演的剧情片《列车上的女孩》上映，在片中饰演让娜的母亲露易丝 ；10月7日，凯瑟琳·德纳芙与玛丽娜·汉斯、玛丽-乔西·克罗兹联袂主演的剧情片《秘密日记》上映，在片中饰演平时居住在距离父母遥远加拿大的奥黛莉 。
2010年，与杰拉尔·德帕迪约、法布莱斯·鲁奇尼联袂主演由弗朗索瓦·欧容执导的喜剧片《傀儡》，在片中饰演对丈夫百依百顺的家庭主妇苏姗娜·普霍尔 ，她凭借该片入围第36届法国凯撒奖最佳女演员奖。同年，出演由克劳德·勒鲁什执导的喜剧片《这样的爱》 。
2012年，与约翰·马尔科维奇合作主演根据真实历史事件改编的战争片《威灵顿之线》 。2013年，凯瑟琳·德纳芙与尼莫·谢夫曼合作主演由艾玛纽尔·贝克特执导的喜剧片《她在路上》，她在片中饰演自谋生路的布雷顿酒店员工贝蒂，她凭借该片入围第39届法国凯撒奖最佳女演员奖 。
2014年，出演由伯努瓦·雅克执导的爱情片《三心两意》 ；同年，与吉约姆·卡内合作主演由安德列·泰西内执导的爱情片《我们曾深爱过的男人》，在片中饰演千金艾格尼丝的母亲RenéeLeRoux ；此外，还主演了由皮埃尔·沙而瓦多利执导的剧情片《庭院情缘》。
2015年5月13日，与罗德·帕拉多特合作主演剧情片《昂首挺胸》在法国上映 ，她凭借该片入围第41届法国凯撒奖最佳女演员 ；9月1日，与菲莉·格罗因、贝诺特·波尔沃尔德联合出演的喜剧奇幻片《超新约全书》在比利时上映，在片中饰演富婆使徒。
2016年，与马修·阿马立克、爱迪丝·斯考博联袂主演剧情片《差等生》。2017年，与凯瑟琳·弗洛、奥利弗·古尔迈联合主演爱情片《助产士》，在片中饰演神秘女人比阿特丽斯 。
