Agnès Varda est née le 30 mai 1928 à Ixelles, en Belgique, d'une mère française et d'un père grec.
Elle étudie la photographie à l'école des Beaux-Arts de Paris et occupe un emploi de photographe au Théâtre national populaire, alors dirigé par Jean Vilar.
A cette même époque, elle photographie Gérard Philipe et Maria Casarès dont les clichés contribueront à la faire connaître.
En 1954, elle tourne son premier long métrage de fiction, La Pointe courte joué par Philippe Noiret et Silvia Monfort et monté par Alain Resnais.L’économie des moyens, l’audace et le réalisme de ce film annoncent déjà le souffle de la Nouvelle Vague qui agitera quelques années plus tard le cinéma français.
Cléo de 5 à 7, réalisé en 1961, rencontre un beau succès public. Promenade parisienne suivant une chanteuse en attente de résultats médicaux, le film s’inscrit pleinement dans le style de la Nouvelle Vague, bien qu’Agnès Varda se défende d’en être une représentante.
En 1958, elle rencontre son futur mari Jacques Demy au Festival de Tours. Le couple reste uni jusqu’à la mort de Jacques en 1990.
Ils vivent aux Etats-Unis périodiquement dans les années 60 et 70. Agnès Varda est très inspirée par Los Angeles où elle fréquente Andy Warhol et Jim Morrison. Elle y tourne entre autres une fiction hippie, Lions Love (1969), et une autre inspirée de sa vie à Venice, Documenteur (1985), ainsi qu’un documentaire sur les peintures murales, Murs et murs (1981).
Profondément féministe et militante, elle s’implique dans les luttes pour le droit à l’avortement en signant le manifeste des 343 salopes en 1971. Elle décrit ces combats dans L’une chante, l’autre pas en 1976. Puis dans Sans toit ni loi en 1985, avec Sandrine Bonnaire, elle défend la cause des Sans Domicile Fixe. Elle remporte grâce à ce film un Lion d’Or à la Mostra de Venise.
Après la mort de son mari, elle lui consacre trois films, une fiction intitulée Jacquot de Nantes et deux documentaires : Les Demoiselles ont eu 25 ans et L’Univers de Jacques Demy.
En 2000 sort le documentaire Les Glaneurs et la Glaneuse qu’elle réalise, seule, à l’aide d’une caméra numérique. Le film reçoit un très bon accueil à la fois critique et public.
En 2008,elle réalise Les plages d'Agnès un autoportrait dans lequel elle revient sur sa vie et son travail et qui lui vaudra le César du meilleur film documentaire.
En 2015, la palme d'honneur du festival de Cannes lui est décernée. Elle le reçoit comme un prix de « résistance et d'endurance », dit-elle dans son discours
Juste après Cannes, un projet avec le photographe JR débouche au sur le long-métrage documentaire Visages, villages, qui reçoit L'Œil d'or (prix du documentaire) au festival de Cannes 2017 puis, lors de sa sortie en début d'été de la même année, un accueil favorable à la fois critique et spectateurs.
Elle meurt le 29 mars 2019, à l'âge de 90 ans, des suites d'un cancer.