Clémentine-Hélène Dufau művészi hajlama már fiatalon megmutatkozott. A betegség miatt tétlenségre kárhoztatva, elhatározta, hogy rajzokat készít, és jól kihasználja a kényszerű fekvéssel töltött időt. Tehetsége olyan jónak bizonyult, hogy művészeti tanulmányokat kezdhetett, amint biztosítva volt, hogy testvérei megházasodtak, és nem lehetett anyagi teher a szüleinek. A festőnő 1893-ban, 24 évesen a "Ricochets" című festményével debütált a Párizsi Szalonban, ahol ettől kezdve rendszeresen kiállított. A festményen magabiztos ecsetvonásokkal ábrázolta a vízparton játszó gyerekeket, és az impresszionizmus és a realizmus ügyes ötvözésével utalt későbbi lehetőségeire. 1898-ban egy 4000 frankos ösztöndíj lehetővé tette számára, hogy Spanyolországban, Belgiumban és Hollandiában utazhasson, amit egy éven át élvezhetett, és amely elvezette a szecesszió formanyelvéhez. Sok szecessziós festőhöz hasonlóan ő is lelkesen tervezett képeslapokat az 1900-ban megrendezett párizsi világkiállításra.

A következő években a francia főváros egyik vezető festője volt. 1905-ben például megbízást kapott a Sorbonne Salle des Autorités díszítésére, amelyet a csillagászat és a matematika, az állattan és a geológia allegóriáival, valamint a radioaktivitás és a mágnesesség izgalmas témáival festett meg. 1906 és 1912 között többek között nagyméretű, személyiségeket ábrázoló portrékkal díszítette a dél-franciaországi Cambo-les-Bains városában található, 1897-ben a Cyrano de Bergerac-kal híressé vált költő, Edmond Rostand Arnaga magánvilláját. Dufau itt került kapcsolatba Edmond legkisebb fiával, Maurice-szal, akit, bár még nem volt nagykorú és homoszexuálisan orientált, szenvedélyesen imádott, miután saját édesanyja halála súlyos depressziót váltott ki belőle. E magánéleti problémák ellenére Dufau nemzetközileg is ismertté vált, és részt vett például a X. 1909-ben például részt vett a X. Nemzetközi Művészeti Kiállításon a müncheni Királyi Üvegpalotában, valamint a Kunst der Frau (A nők művészete) című kiállításon, amelyet a bécsi szecesszió szervezett. 1909-ben még a Becsületlégió lovagjává is avatták. Az első világháború alatt, amely sok művész számára drasztikus élményt jelentett, Dufau propagandaplakátokat készített az állam nevében. 1930-ban társalapítója volt a Société des Femmes Artistes Modernes (FAM) nevű szervezetnek, amely különböző származású és korú művésznők számára nyújtott menedéket.

Amikor 1937-ben gyomorrákban elszegényedve meghalt, és egy párizsi szegénytemetőben temették el, munkássága már feledésbe merült. Az 1869-ben született művésznő számos művészeti irányzatot megélt. Az impresszionizmustól és a realizmustól kezdve, a szecesszió dekoratív festészeti stílusán, az első világháborúval összefüggésben készült markáns illusztrációkon keresztül, a klasszikus modernizmus kezdetéig. A világháborúk közötti időszak sok művészéhez hasonlóan neki is elmaradt a nagy áttörés. Munkásságát csak az 1990-es években fedezték fel újra, és azóta kellően nagyra értékelik.