Claude Lelouch, zoon van een Joodse banketbakker, komt uit een familie die drie generaties lang in Algerije woonde nadat die was verbannen uit Palestina.

Lelouch was pas dertien jaar (!) toen hij zijn eerste amateurfilms maakte. En dat hij getalenteerd was, bleek toen hij in 1950 met zijn eerste korte film, Le mal du siècle, een prijs won op het Amateur Film Festival in Cannes. Hij liep school aan het collège Sainte-Barbe in Parijs en maakte ook een aantal commercials.
In 1956 werd hij professioneel filmmaker en ging naar Amerika. Daar maakte hij twee kortfilms. Het was pas met Quand le rideau se lève dat hij een groot publiek bereikte. De clandestien opgenomen documentaire, gemaakt in 1957 tijdens een reis naar Moskou, was te zien op de Amerikaanse televisie. Ook tijdens zijn legerdienst bleef Lelouch films maken, zo was hij als lid van de filmeenheid tussen 1957 en 1960 verantwoordelijk voor tien kortfilms voor het Franse leger.
Zijn eerste langspeelfilm, Le propre de l’homme (The Right of Man) uit 1960, werd gefinancierd door familieleden maar werd nooit uitgebracht. Verrassend genoeg, want na een aantal weinig succesvolle langspeelfilms volgde het door hem geregisseerde romantisch drama Un homme et une femme. De film waarin racepiloot en weduwnaar Jean-Louis Trintignant verliefd wordt op script meisje Anouk Aimée, ook al een weduwe, werd niet alleen bijzonder positief onthaald bij het publiek, Lelouch werd voor zijn regie zowaar genomineerd voor een Academy Award, de film zelf kreeg de Palme D’Or/de Gouden Palm in Cannes. Opvallend: zowel Aimée als Trintignant waren in 1986 te zien in de sequel met de voor de hand liggende titel Un homme et une femme: Vingt ans déjà (A Man and a Woman: 20 Years later).

De opvolger Vivre pour vivre (Live for Life) met Annie Girardot en Yves Montand, een verhaal over een nieuwsreporter die zijn vrouw verlaat en een affaire heeft met een model actief in de modewereld, werd genomineerd voor Beste buitenlandse film.

Aanvankelijk was Lelouch een outsider die in zijn films sociale kritiek combineerde met een eigen, visuele techniek maar na enige tijd gleed hij af naar de mainstream, commerciële Franse cinema.

Eind de jaren ’60 richtte Lelouch Les Films 13 op, zijn eigen productiemaatschappij waarmee hij ook films produceerde voor andere regisseurs. Hij haalde hiervoor componist Francis Lai en scenarist-schrijver Pierre Uytterhoeven binnen. Die schreef de filmscenario’s soms samen met Lelouch, in de gevallen waarin hij dat niet zelf/alleen deed.

De films van Claude Lelouch werden gekenmerkt door een ongeremde, visueel bloemrijke stijl. Meestal bediende hij zelf de camera en zei hierover ooit: “ik vind het voor een regisseur zo moeilijk om de camera uit handen te geven… het is alsof Van Gogh een vriend had om zijn penseel voor hem vast te houden.”

Claude Lelouch trouwde meerdere keren. Actrice Marie-Sophie L. was zijn tweede echtgenote.