Le inclinazioni artistiche di Clémentine-Hélène Dufau si sono manifestate fin da giovane. Condannata dalla malattia all'ozio, decise di fare dei disegni e di sfruttare il tempo che passava sdraiata. Il suo talento si dimostrò tale da permetterle di intraprendere gli studi d'arte non appena le sue sorelle si sposarono e lei non poté essere un peso economico per i suoi genitori. Nel 1893, all'età di 24 anni, la pittrice debutta con il dipinto "Ricochets" al Salon di Parigi, dove da allora espone regolarmente. Nel dipinto, l'artista mostra dei bambini che giocano in riva al mare con una pennellata sicura e lascia intendere il suo potenziale successivo attraverso un'abile miscela di impressionismo e realismo. Nel 1898, una borsa di studio di 4.000 franchi le consentì di compiere un viaggio in Spagna, Belgio e Paesi Bassi, di cui approfittò per un anno intero e che la avvicinò al linguaggio formale dell'Art Nouveau. Come molti pittori dell'Art Nouveau, disegnò con entusiasmo le cartoline per l'Esposizione Universale di Parigi, che si svolse nel 1900.

Negli anni successivi è stata una delle pittrici di punta della capitale francese. Nel 1905, ad esempio, le fu commissionata la decorazione della Salle des Autorités della Sorbona, che dipinse con allegorie di astronomia e matematica, con allegorie di zoologia e geologia e con i temi appassionanti della radioattività e del magnetismo. Tra il 1906 e il 1912 decorò la villa privata Arnaga del poeta Edmond Rostand, divenuto famoso nel 1897 con Cyrano de Bergerac, nella città di Cambo-les-Bains, nel sud della Francia, tra l'altro con ritratti di personalità di grande formato. È qui che Dufau entra in contatto con il figlio minore di Edmond, Maurice, che, sebbene non ancora maggiorenne e con tendenze omosessuali, adora appassionatamente dopo che la morte della madre ha scatenato in lei una grave depressione. Nonostante questi problemi privati, Dufau divenne noto anche a livello internazionale e partecipò, ad esempio, al X. Nel 1909, ad esempio, partecipò alla X Esposizione Internazionale d'Arte nel Palazzo Reale di Vetro di Monaco e alla mostra Kunst der Frau (Arte della donna), organizzata dalla Secessione di Vienna. Nel 1909 fu persino nominata Cavaliere della Legione d'Onore. Durante la Prima guerra mondiale, che fu un'esperienza drastica per molti artisti, Dufau creò manifesti di propaganda per conto dello Stato. Nel 1930 è cofondatrice della Société des Femmes Artistes Modernes (FAM), che offre un rifugio a donne artiste di varia estrazione ed età.

Quando morì impoverita per un cancro allo stomaco nel 1937 e fu sepolta in un cimitero parigino per i poveri, il suo lavoro era già stato dimenticato. Nata nel 1869, ha vissuto un'ampia gamma di movimenti artistici. A partire dall'Impressionismo e dal Realismo, attraverso lo stile pittorico decorativo dell'Art Nouveau, le illustrazioni d'effetto nel contesto della Prima Guerra Mondiale, fino all'inizio del Modernismo classico. Come molti artisti del periodo tra le due guerre mondiali, le fu negato il grande successo. Solo negli anni Novanta il suo lavoro è stato riscoperto e da allora è stato debitamente apprezzato.