Danièle Thompson naît le 3 janvier 1942 à Monaco. Fille du réalisateur Gérard Oury, elle n’est pas reconnue par son père à sa naissance afin de ne pas succomber au joug nazi qui occupait alors la France. En 1960, elle s’installe à New York avec sa mère Jacqueline Roman, divorcée du réalisateur français. Danièle épouse le financier Thompson alors qu’elle n’a que 20 ans. Dès 1966, elle regagne la France où elle entame une série de collaborations avec son père. Elle coécrit ainsi les scénarios de La Grande Vadrouille, des Aventures de Rabbi Jacob et de La Boum. Scénariste de talent, elle est nommée aux césars pour son travail sur Cousin, Cousine et La Reine Margot. À partir de 1999, elle se consacre à la réalisation et tourne notamment La Bûche et Le code a changé.
Le 25 février 2022, elle préside la 47ème cérémonie des César.
Côté vie privée, Danièle est restée proche de sa belle-mère Michèle Morgan et s’est séparée de Thompson pour épouser le producteur Albert Koski. Proche de Roman Polanski, elle a signé la pétition qui protestait contre l’arrestation du réalisateur controversé en Suisse.