Denis Villeneuve, 3 Ekim 1967'de Quebec, Kanada'da doğdu. Annesi Lise Villeneuve, bir ev hanımı ve babası Pierre Villeneuve, bir mühendisti. Villeneuve, çocukken Quebec'in Trois-Rivières şehrinde büyüdü. Genç yaşta sinemayla ilgilenmeye başladı. İlk kısa filmini 1990'da 22 yaşındayken çekti. 1998'de ilk uzun metrajlı filmi "Augustine"i yönetti. Bu film, Villeneuve'ün bir yönetmen olarak ilk büyük çıkışı oldu ve eleştirmenlerden olumlu eleştiriler aldı.

Villeneuve, kariyerine devam ederken, Fransızca ve İngilizce dillerinde filmler yapmaya başladı. 2000 yılında, "Maelstrom" adlı bilimkurgu filmini yönetti. Bu film, Villeneuve'ün görsel olarak çarpıcı ve tematik olarak zengin filmlerinin ilk örneklerinden biriydi.

2009 yılında, "Polytechnique" adlı dram filmini yönetti. Bu film, 1989 yılında Montreal'de gerçekleşen Polytechnique katliamı hakkındaydı. Film, Villeneuve'ün en güçlü ve etkili filmlerinden biri olarak kabul ediliyor.

2010 yılında, "Incendies" adlı dram filmini yönetti. Bu film, Lübnan'ın iç savaşına odaklanan bir gerilim filmidir. Film, En İyi Yabancı Film dalında Akademi Ödülü'ne aday gösterildi.

2013 yılında, "Prisoners" adlı gerilim filmini yönetti. Bu film, iki küçük çocuğun kaybolmasını araştıran iki babayı konu alıyor. Film, En İyi Yönetmen ve En İyi Film dalında Akademi Ödülü'ne aday gösterildi.

2015 yılında, "Sicario" adlı suç gerilim filmini yönetti. Bu film, Meksika-Amerika sınırında uyuşturucu ticareti ile mücadele eden bir FBI ajanını konu alıyor. Film, En İyi Yönetmen ve En İyi Film dalında Akademi Ödülü'ne aday gösterildi.

2016 yılında, "Arrival" adlı bilimkurgu filmini yönetti. Bu film, dünyayı ziyaret eden uzaylılarla iletişim kurmak için bir dilbilimcinin çabalarını konu alıyor. Film, En İyi Film, En İyi Yönetmen ve En İyi Uyarlama Senaryo dallarında Akademi Ödülü'ne aday gösterildi.

2017 yılında, "Blade Runner 2049" adlı bilimkurgu filmini yönetti. Bu film, Ridley Scott'ın 1982 yapımı "Blade Runner" filminin devamı niteliğindeydi. Film, En İyi Görsel Efektler ve En İyi Müzik dallarında Akademi Ödülü kazandı.

2021 yılında, "Dune" adlı bilimkurgu filmini yönetti. Bu film, Frank Herbert'in aynı adlı romanından uyarlanmıştı. Film, En İyi Görsel Efektler, En İyi Müzik ve En İyi Sinematografi dallarında Akademi Ödülü'ne aday gösterildi.

Yılında yönettiği Wonka isimli film 2023'de vizyona girdi.

Villeneuve, günümüzün en başarılı ve saygın yönetmenlerinden biri olarak kabul ediliyor. Filmleri, görsel olarak çarpıcı, tematik olarak zengin ve duygusal olarak etkili olarak tanımlanıyor.