A francia újhullám egyetlen jelentős rendezőnője 90 éves volt. Életrajza szerint görög apától és francia anyától született a Brüsszelhez tartozó Ixelles-ben. Eredeti neve Arlette volt, ám amikor tizennyolc éves lett, keresztnevét hivatalosan is Agnèsre változtatta. Irodalmat és pszichológiát hallgatott a Sorbonne-on, muzeológusnak készülve művészettörténetet tanult az École du Louvre-ban. Közben elvégzett egy esti fotóiskolát is, és a fotózás felé fordult. 

1951-től egy évtizeden át a legendás színész-rendező, Jean Vilar vezette párizsi Népszínházban dolgozott színházi fotográfusként. 1954-ben – Alain Resnais biztatására – megtakarított pénzéből elkészítette első dokumentum-játékfilmjét, a Párbeszédet. 

A világhírt az 1961-ben készült Cléo 5-től 7-ig című alkotása hozta meg számára, amely egy, a rákszűrés eredményére várakozó fiatal énekesnő délutánjának aprólékos ábrázolásával vet fel létkérdéseket. Az egzisztencialista filozófiára jellemző kérdésfeltevés később sem idegen tőle, legtöbb munkájában a női szerepekkel, a nő társadalmi helyzetével, sorskérdéseivel, a köznapi emberi léttel és a mögötte kibontakozó örök drámákkal foglalkozik. 

1965-ben készítette el első színes és teljes mértékben fikciós játékfilmjét, a kritikusai szerint is talányos Boldogságot, majd egy év múlva szürrealista filmet rendezett Teremtmények címmel. A hatvanas évek végén férjével, a szintén rendező Jacques Demyvel Amerikába látogatott, és dokumentumfilmet készített a radikális polgárjogi szervezet, a Fekete Párducok egyik vezetőjéről. A hetvenes években nagy sikert aratott a feminista filmjei sorába illeszkedő Az egyik énekel, a másik nem, amelyben két barátnő párhuzamos sorsát követte. 1977-ben férjével létrehozták a Ciné-Tamarist, amely nagyobb szabadságot biztosított művészi elképzeléseik megvalósítására.

1985-ös Sem fedél, sem törvény című filmje, amelyben a társadalmon kívül élő csavargólány, Mona életét és halálának körülményeit mutatta be, a Velencei Filmfesztiválon fődíjat kapott. 1990-ben meghalt a férje, Varda trilógiába kezdett a férfi életéről, melynek legszebb darabja a férje gyermekkorát felidéző A nantes-i Jacquot című film lett. 1995-ben a mozi századik születésnapjára készítette a sztárok egész sorát felvonultató Százegy éjszakát, amely azonban nem aratott sikert. Több díjat is elnyert viszont a társadalom legalján élőkről szóló, Kukázók című dokumentumfilmje, amelynek 2002-ben elkészítette a folytatását is. 2008-ban mutatták be a Les plages d'Agnes (Agnes strandjai) című életrajzi dokumentumfilmjét, amelyért 2009-ben a legjobb dokumentumfilmnek járó César-díjat (az Oscar-díj francia megfelelője) vehette át.

Varda filmjei számos rangos fesztiváldíjat nyertek el, 2001-ben César életműdíjat kapott, 2014-ben a Locarnói Nemzetközi Filmfesztivál Tiszteletbeli Leopárd-díját, 2015-ben Cannes-ban az életműnek szóló tiszteletbeli Aranypálmát vehette át, 2017-ben pedig tiszteletbeli Oscar-díjat kapott.