Fils du comédien Claude Dauphin et de l'actrice Maria Mauban, Jean-Claude Dauphin fait ses débuts au cinéma en 1968 dans Adolphe ou l'âge tendre de Bernard Toublanc-Michel, où il joue notamment aux côtés de ses parents. L'année suivante, il tourne avec Claude Jade dans Le Témoin, sous la direction de Peter Bacso.

Le début des années 70 s'avère prolifique pour le comédien puisqu'il tourne aux côtés de grands noms du cinéma français tels Annie Girardot et Philippe Noiret dans La Mandarine d'Edouard Molinaro (1971). Très vite, il semble se destiner au genre policier (tant au cinéma qu'à la télévision : il participe entre autres à un épisode de la série des "Maigret"). Il tourne ainsi avec Yves Montand dans Le Hasard et la violence (1974) de Philippe Labro, ou encore dans Les Suspects (1974) de Michel Wyn. En 1976, il retrouve le réalisateur Edouard Molinaro pour la comédie Dracula père et fils, qui marque par ailleurs la dernière interprétation de Christopher Lee dans le rôle du célèbre vampire.

Dans les années 80, Jean-Claude Dauphin enchaîne les seconds rôles dans plusieurs films policiers : après le très noir Choix des armes (1981) d'Alain Corneau (cinéaste qu'il retrouvera 25 ans plus tard pour Le Deuxième souffle), il obtient un rôle dans Spécial Police (1985) de Michel Vianey. Côté comédie, il tourne notamment avec Ariel Zeitoun pour Souvenirs, souvenirs (1984), et joue en compagnie de Thierry Lhermitte et Josiane Balasko dans Nuit d'ivresse (1986) de Bernard Nauer. En 1987, il tourne dans le film américain L'Insoutenable légèreté de l'être du réalisateur-scénariste Philip Kaufman, qui réunit à l'écran Juliette Binoche et Daniel Day-Lewis.

Si les années 90 et 2000 marquent davantage sa présence à la télévision, on le retrouve cependant dans le drame de Benoît Jacquot, L'Ecole de la chair (1998), avec Isabelle Huppert, mais aussi dans le thriller Six-Pack (1999) d'Alain Berbérian. En 2009, il est à l'affiche de Streamfield les carnets noirs, le film de Jean-Luc Miesch inspiré de l'affaire Clearstream, où il campe le diplomate et homme d'affaire Corbin.