Nata in Belgio da padre greco e madre francese, si trasferisce poi con la famiglia a Sète (nel dipartimento di Hérault). In seguito si trasferisce a Parigi dove lavora come fotografa al Théâtre national populaire, all'epoca diretto da Jean Vilar. E nella capitale incontrerà anche il regista Jacques Demy, suo futuro marito. Nel 1954, con mezzi modesti, gira La pointe courte con Philippe Noiret come interprete e con il montaggio di Alain Resnais. È un film che ha lasciato il segno perché porta un soffio di libertà nel cinema francese. Nel 1961 gira il suo secondo lungometraggio: Cleo dalle 5 alle 7 (Cléo de 5 à 7), un film su due ore della vita di una cantante, che dopo un passato sregolato aspetta di conoscere i risultati delle analisi per sapere se è affetta da un cancro. Varda gira poi altri lungometraggi che fanno di lei, negli anni '60, una rappresentante della Nouvelle Vague, nonostante rifiuti tale etichetta. Nel 1971 a Parigi conosce Jim Morrison, trasferitosi lì da poco con la fidanzata Pamela Courson. Morrison, stanco della fama di leader dei Doors, si reca a Parigi per cercare di promuovere un suo cortometraggio girato in America: Il killer dell'autostrada. La Varda parteciperà poi ai funerali segreti dell'amico Jim qualche giorno prima che la notizia della sua morte sia ufficiale. Nel 1985 è la volta di Senza tetto né legge (Sans toit ni loi), il film che mette in luce la giovane Sandrine Bonnaire e che si aggiudica il Leone d'oro alla Mostra cinematografica di Venezia. Nel 1987 filma Jane Birkin che, appena superati i quarant'anni, vive un brutto momento dal punto di vista professionale. Da questo incontro nasce Jane B. par Agnès Varda, un film a metà tra documentario e fiction che in Italia viene distribuito in lingua originale sottotitolato. Durante la lavorazione la Birkin ha l'idea che porterà l'anno dopo la Varda a girare Kung Fu Master, sempre con la Birkin come protagonista. Dopo la morte del marito Jacques Demy avvenuta nel 1990, la Varda gira tre film in suo onore Jacquot de Nantes, Les demoiselles ont eu 25 ans e L'univers de Jacques Demy.
