Dominique Delouche passe par les Beaux-Arts avant de devenir assistant de Federico Fellini, notamment sur Il Bidone en 1955. Il réalise des courts métrages à partir de 1957 avec déjà la danse pour sujet de prédilection. En 1968, il réalise son premier long métrage, 24 heures de la vie d'une femme avec Danièle Darieux, puis L'Homme de desir en 1970.

A partir des années 80, Dominique Delouche se spécialise dans les documentaires sur la danse (Une etoile pour l'exemple, 1988) et devient une référence en la matière, s'intéressant plus aux danseurs qu'à leur art (Les Cahiers retrouves de Nina Vyroubova, 1995), ainsi qu' à la transmission de leur savoir (Violette et Mr B. , 2001). A l'occasion du centième anniversaire de la naissance de Serge Lifar, il consacre à ce chorégraphe une monographie (Serge Lifar Musagete, 2005).