De artistieke neigingen van Clémentine-Hélène Dufau werden al op jonge leeftijd duidelijk. Door haar ziekte veroordeeld tot nietsdoen, besloot ze tekeningen te maken en haar gedwongen ligtijd nuttig te besteden. Haar talent bleek zo goed dat ze een kunststudie kon beginnen zodra haar zussen getrouwd waren en ze haar ouders niet financieel tot last kon zijn. In 1893, op 24-jarige leeftijd, debuteerde de schilderes met het schilderij "Ricochets" op de Parijse Salon, waar zij vanaf dat moment regelmatig exposeerde. Op het schilderij toonde ze met een zelfverzekerde penseelstreek spelende kinderen aan het water en zinspeelde ze op haar latere mogelijkheden door een vaardige mix van impressionisme en realisme. In 1898 kon ze dankzij een beurs van 4000 frank een jaar lang door Spanje, België en Nederland reizen, wat haar tot de vormentaal van de Art Nouveau bracht. Zoals veel Art Nouveau-schilders ontwierp zij enthousiast ansichtkaarten voor de Wereldtentoonstelling in Parijs, die in 1900 plaatsvond.

In de jaren daarna was ze een van de belangrijkste schilders in de Franse hoofdstad. Zo kreeg zij in 1905 de opdracht de Salle des Autorités van de Sorbonne te decoreren, die zij beschilderde met allegorieën uit de astronomie en de wiskunde, met allegorieën uit de zoölogie en de geologie, en met de spannende thema's radioactiviteit en magnetisme. Tussen 1906 en 1912 decoreerde zij de privé Villa Arnaga van de dichter Edmond Rostand, die in 1897 beroemd werd met Cyrano de Bergerac, in het Zuid-Franse Cambo-les-Bains met onder meer grootformaat portretten van persoonlijkheden. Het was hier dat Dufau in contact kwam met Edmonds jongste zoon Maurice, die zij, hoewel nog niet meerderjarig en homoseksueel georiënteerd, hartstochtelijk aanbad nadat de dood van haar eigen moeder bij haar een zware depressie had veroorzaakt. Ondanks deze privéproblemen werd Dufau ook internationaal bekend en nam hij bijvoorbeeld deel aan de X. Zo nam zij in 1909 deel aan de X. Internationale Kunsttentoonstelling in het Koninklijk Glaspaleis in München en aan de tentoonstelling Kunst der Frau (Kunst der Vrouwen), die door de Wiener Secession werd georganiseerd. In 1909 werd ze zelfs benoemd tot Ridder van het Legioen van Eer. Tijdens de Eerste Wereldoorlog, die voor veel kunstenaars een ingrijpende ervaring was, maakte Dufau in opdracht van de staat propaganda-affiches. In 1930 was zij medeoprichtster van de Société des Femmes Artistes Modernes (FAM), die onderdak bood aan vrouwelijke kunstenaars van verschillende afkomst en leeftijd.

Toen zij in 1937 verarmd stierf aan maagkanker en begraven werd op een Parijse begraafplaats voor armen, was haar werk al vergeten. Geboren in 1869, maakte zij een groot aantal artistieke stromingen mee. Te beginnen met het impressionisme en het realisme, via de decoratieve schilderstijl van de Art Nouveau, opvallende illustraties in de context van de Eerste Wereldoorlog, naar het begin van het Klassiek Modernisme. Zoals veel kunstenaars uit de periode tussen de wereldoorlogen werd haar een grote doorbraak onthouden. Pas in de jaren negentig werd haar werk herontdekt en sindsdien wordt het naar waarde geschat.