C’est en se baladant sur les Champs Élysées avec son père que Delphine Chanéac est repérée alors qu'elle n'a que 15 ans. Une semaine plus tard, elle signe son premier contrat avec l’agence Success. En 1994, elle obtient son premier rôle à la télévision dans la série Papa revient demain et connaît son premier succès critique au générique du soap La Vie devant nous. Si elle continue à apparaitre dans de nombreuses séries télés telles que Julie Lescaut ou Louis la Brocante, sa carrière au cinéma débute avec In Extremis de Etienne Faure en 1999.

A partir de 2005, la jeune femme qui était jusque-là habituée à jouer les pestes, privilégie les rôles comiques avec Brice de Nice aux côtés de Jean Dujardin, et avec Michaël Youn dans Incontrôlable. Elle fera également une brève apparition dans La Panthère Rose aux cotés de Jean Reno. La même année, Delphine Chanéac est l'icône estivale de M6, occupant la tête d'affiche de Laura, la dernière saga produite par la chaîne. En 2009, elle étend son registre en jouant les héroïnes hybrides dans le film de science-fiction Splice en compagnie de Sarah Polley et d'Adrien Brody.

M6 mise sur elle pour la comédie romantique L’amour vache, et sa suite L’amour encore plus vache. Dans la foulée, elle donne la réplique à Chris Vance et François Berléand dans Le Transporteur, une série d’action produite par Luc Besson et adaptée de la franchise cinématographique portée par Jason Statham. Lorsque M6 importe en France le programme Un air de star l’année suivante, elle se glisse dans la peau d’artistes telles que Kylie Minogue et Bonnie Tyler.

Conquis, Jean-Pierre Mocky la dirige en 2015 dans Tu es si jolie ce soir, puis la sollicite à nouveau pour Rouges étaient les lilas. En parallèle de sa carrière sous les projecteurs, Delphine Chanéac s’adonne à l’écriture. Un premier livre autobiographique intitulé "La nuit, mon père me parle" est publié en 2007, suivi du roman "Ce qu'il reste de moi", en 2010.

En 2017, Delphine Chanéac participe à quelques épisodes de Demain nous appartient, à l’occasion du lancement du nouveau feuilleton quotidien de TF1. Elle prête ses traits à Lili Paquin, un personnage de méchante qui sème le trouble à Sète. La chaîne lui confie ensuite un rôle mineur dans Service volé, le téléfilm dénonçant les abus sexuels subis par l’ancienne joueuse de tennis professionnelle Isabelle Demongeot. TF1 refait appel à elle pour faire du grabuge au Mistral dans la suite de Plus belle la vie. Les téléspectateurs la retrouve, en février 2024, dans le rôle de Cécilia Lopes.