Colette Dacheville (1932-2018) perd son père à l'âge de six ans. Pendant la guerre, elle grandit à Saint-Martin-du-Tertre, où sa mère est institutrice à l'école des filles installée dans le Petit-Château du domaine du château de Franconville.
Après des études secondaires au lycée Lamartine à Paris, Colette suit des cours d'art dramatique à l'école Charles-Dullin. Elle y rencontre Jean-Louis Trintignant, qu'elle épouse en 1954. Un an plus tard, le jeune couple interprète La Tragédie des Albigeois. Jouée aux arènes de Nîmes en juillet 1955, la pièce est un succès mais la carrière de Stéphane Audran (son nom de scène) peine à décoller.
Sa rencontre avec Claude Chabrol va changer le cours de sa vie. Ils entament une liaison juste après le tournage des Cousins (1959) et s'épousent en 1964. Le talent de la jeune femme, devenue l'égérie du réalisateur, éclate dans Les Biches (1968), où elle apparaît en bourgeoise glaciale aux côtés de son ancien mari – interprétation récompensée par l'Ours d'argent de la meilleure actrice au 18e Festival de Berlin.
Séduit par son image de femme froide et sophistiquée consolidée grâce au « cycle d'Hélène » – La Femme infidèle (1969), Le Boucher et La Rupture (1970) puis Juste avant la nuit (1971) –, Luis Buñuel l'engage pour Le Charme discret de la bourgeoisie (1972), qui lui vaut le British Academy Film Award de la meilleure actrice en 1973.
César 1979 de la meilleure actrice dans le second rôle de Violette Nozière (Claude Chabrol, 1978), Stéphane Audran divorce un an plus tard. Elle tourne encore avec Chabrol Le Sang des autres (1982), Poulet au vinaigre (1985), Jours tranquilles à Clichy (1990) et Betty (1992), mais aussi Coup de torchon avec Bertrand Tavernier (1981) ou Mortelle randonnée avec Claude Miller (1983). En 1987, la Danish Film Academy lui décerne le Robert de la meilleure actrice dans un premier rôle pour Le Festin de Babette de Gabriel Axel. Après La Fille de Monaco (Anne Fontaine, 2008), elle apparaît une dernière fois à l'écran dans Les Carnets filmés de Gérard Courant : In Memoriam Bernadette Lafont (2013).
Au cours de sa carrière, elle est revenue tourner dans le Val-d'Oise, avec Chabrol en 1970 et 1982 pour Le Boucher et Le Sang des autres, avec Philippe de Broca en 1985 pour La Gitane.