Sa licence de lettres en poche, Jean Delannoy hésite entre le journalisme, la banque et la décoration, puis finit par choisir... le cinéma ! Un milieu déjà fréquenté par sa soeur, Henriette, comédienne, et qu'il intègre d'abord en tant qu'acteur (notamment dans Casanova, réalisé par Alexandre Volkoff), avant de se tourner vers le montage. C'est par ce biais qu'il commence à se faire un nom, et se voit confier, dès 1933, la réalisation de courts et moyens métrages. L'anée suivante, il dirige son premier long : Paris-Deauville , dans lequel il dirige Armand Bernard, Georges Bever et Marguerite Moreno.

Outre ses collaborations avec Jacques Deval (Club de femmes, 1936) et Felix Gandera (Tamara la complaisante, 1937; Le Paradis de Satan, 1938), Jean Delannoy signe, seul, la réalisation de films qui, comme Macao, l'enfer du jeu (1939), Le Diamant noir (1940) ou Pontcarral, colonel d'Empire (1942), symbolisent son penchant pour le mélodrame et le film d'aventures. Mais c'est pendant l'Occupation, en 1943, que sa carrière connaît un tournant, lorsqu'il s'associe à Jean Cocteau pour donner vie à L'Eternel Retour : tandis que le poète-réalisateur écrit cette version moderne du mythe de Tristan et Yseult, Delannoy met en scène Jean Marais et Madeleine Sologne dans un style très différent de celui qui était le sien, et rencontre un grand succès. Il accède ainsi à une célébrité qu'il ne fera que renforcer, par la suite, avec Le Bossu (adapté par Paul Féval lui-même), La Symphonie pastorale (qui lui vaut de diriger Michèle Morgan), Les jeux sont faits, Le Secret du Mayerling ou encore Notre-Dame-de-Paris (1956), nouvelle adaptation du roman de Victor Hugo, avec Anthony Quinn, Gina Lollobrigida et Alain Cuny dans les rôles principaux.

Si les années 50 débutent en beauté avec le Prix International décerné à Dieu a besoin des hommes (1950) lors de la Biennale de Venise, la décennie restera surtout celle de son désaveu par quelques uns des futurs chefs de file de la Nouvelle Vague. Mais, bien que décrié pour son académisme au fil des lignes de l'article incendiaire de François Truffaut paru dans Les Cahiers du Cinéma, cette figure du "cinéma de papa" n'en continue pas moins de tourner, accentuant un peu plus la variété des sujets qui caractérisent son oeuvre. C'est ainsi qu'il va naviguer entre Le Garcon sauvage (1961) et La Princesse de Cleves (lauréat du Grand Prix du Cinéma Français en 1961), en passant par Maigret tend un piège (1957) et Maigret et l'affaire Saint-Fiacre (1959), et qu'il confirme sa fidélité envers des comédiens tels que Jean Gabin, Michèle Morgan ou Jean Marais.

Après des années 60 plutôt prolifiques (Venus Impériale, 1961; Les Amitiés particulières, 1962; Les Sultans, 1966...), Jean Delannoy réalise un seul long métrage (Pas folle la guêpe) avant de délaisser le grand écran au profit du petit, pour lequel il met notamment en scène des adaptations de Hamlet ou Manon Lescaut. Il revient au cinéma à la fin des années 80 pour mettre en scène la vie de Bernadette Soubirous (Bernadette, 1988), puis complète sa "trilogie religieuse" avec La Passion de Bernadette (1989) et Marie de Nazareth (1994), son dernier film.