30 Mayıs 1928'de Brüksel'de doğdu. İlk filmi "La Pointe Courte" (Kısa Uç) ile 1960 sonrası sinema sanatını önemli ölçüde etkileyen Yeni Dalga'nın habercisi olmuş az sayıdaki kadın yönetmenden biri olarak ün yapan Varda, Midi bölgesinde geçen yetişkinlik döneminden sonra Sorbonne Üniversitesi'nde ve Louvre Okulu'nda öğrenim gördü. Başlangıçta müzeci olma isteği sonradan fotoğrafçılığa dönüştü. 1951-61 arası Theatre National Populaire'in (Popüler Ulusal Tiyatronun) fotoğrafçılığını yaptı. Bu dönemde hem tiyatroya hem sinemaya ilgi duymaya başladı. Sinemayı pek izlemezdi ve teknik deneyimi yoktu, buna rağmen ilk filmiyle yaratıcı bir sanatçı olduğunu gösterdi.
Sonraki yedi yıl boyunca başka uzun film yapma olanağı bulamadı ama, ödüller kazanan kısa filmler çekti. Bunlardan 1957 yılında çektiği "O Saisons O Chateaux" (Ey Mevsimler Ey Şatolar) ve 1958’de çektiği "Du Cote de la Cote" (Kıyının Köşesinden) turistik amaçlı filmlerdi. Varda, konularının sınırlılığına karşın, incelikli görsel üslubunu beyaz perdeye yansıtmayı başarmıştı. Varda’nın iç gözleme dayalı, entelektüel bir yapıt olan ikinci uzun filmi, 1961 yılında "Cleo de 5 a 7" (5'ten 7'ye Cleo) adıyla yeni dalganın simgesi olarak ortaya çıktı. Cleo'nun kanserli olup olmadığını öğrenmek için beklerken geçirdiği süreyi ele alan ve çevresindeki dünyayı yeni bir bakışla algılayışını işleyen filmde Varda, parlak bir yönetmen olduğunu bir kez daha kanıtladı. Yapıtlarının tümünün belirgin özelliği keskin duyarlılığı ve fotoğrafçı gözüyle yakaladığı görsel ayrıntılardı.
Yönetmen, 1964'te, genç bir marangozun gerçekçi olmayan öyküsü içinde soyut bir mutluluk betimlemesi olan "Le Bonheur" (Mutluluk) filmini çekti ve bu en fazla tartışılacak filmi oldu. Bu filmi 1966'da "Les Creatures" (Yaratıklar) izledi. Ardından ABD'ye giden Varda orada iki kısa bir de uzun film çekti: 1968'de "Yanko Amca", yine aynı yıl "Black Panters" (Kara Panterler) ve 1969'da "Aslanın Aşkı" birbirini izledi. Sonraki yapıtları arasında 1976 tarihli "L'une Chante L'autre Pas" (Biri Şarkı Söyler Öteki Söylemez) ve 1985 tarihindeki Venedik Film Şenliği'nde Altın Ayı ödülünü kazandığı "Sans Toit Ni Loi" (Yersiz Yurtsuz) sayılabilir.
1990'lı yıllarda "Jacques de Nantes" (Nantes'lı Jacques), "Le Cent et une Nuits" (Binbir Gece), "The Universe of Jacques Demy" (Jacques Demy'nin Yaşamı) gibi filmlere imza attı. Mekanlar Yüzler (Visages Villages) adlı filmi JR'la birlikte çekti ve film 2018'de Türkiye'de de gösterime girdi.
Agnès Varda, 1962'den beri yönetmen Jacques Demy ile evlidir.