Clémentine-Hélène Dufaus künstlerische Neigungen zeigten sich bereits in jungen Jahren. Aufgrund von Krankheit dazu verurteilt, dem Müßiggang zu frönen, beschloss sie, Zeichnungen anzufertigen und ihre erzwungene Zeit im Liegen sinnvoll zu nutzen. Ihre Begabung erwies sich als so gut, dass sie ein Studium der Kunst aufnehmen konnte, sobald sichergestellt war, dass ihre Schwestern verheiratet waren und sie keine finanzielle Belastung für ihre Eltern darstellen konnte. Im Jahr 1893 debütierte die Malerin mit 24 Jahren und dem Bild „Ricochets“ im Pariser Salon, in dem sie ab da regelmäßig ausstellte. Sie zeigte in dem Gemälde spielende Kinder am Wasser mit einem sicheren Pinselstrich und deutete durch eine gekonnte Mischung aus Impressionismus und Realismus ihr späteres Potenzial an. 1898 ermöglichte ihr ein 4.000-Francs-Stipendium eine Reise durch Spanien, Belgien und die Niederlande, die sie ein ganzes Jahr lang auskostete und die sie zur Formensprache des Jugendstils führte. Wie viele Jugendstilmaler entwarf sie begeistert Postkarten für die im Jahr 1900 stattfindende Weltausstellung in Paris.

In den darauffolgenden Jahren gehörte sie zu den führenden Malerinnen der französischen Hauptstadt. So wurde sie 1905 mit der Ausstattung des Salle des Autorités der Sorbonne beauftragt, den sie mit Allegorien aus den Bereichen Astronomie und Mathematik bemalte, mit Versinnbildlichung von Zoologie und Geologie sowie mit den aufregenden Themen Radioaktivität und Magnetismus. Zwischen 1906 und 1912 stattete sie die private Villa Arnaga des Dichters Edmond Rostand, der 1897 mit Cyrano de Bergerac bekannt wurde, im südfranzösischen Cambo-les-Bains u.a. mit großformatigen Porträts von Persönlichkeiten aus. Hier hatte Dufau Kontakt zu Edmonds jüngstem Sohn Maurice, den sie, obwohl er noch nicht volljährig und homosexuell ausgerichtet war, leidenschaftlich verehrte, nachdem der Tod der eigenen Mutter in ihr starke Depressionen ausgelöst hatte. Trotz dieser privaten Probleme wurde Dufau auch international bekannter und beteiligte sich beispielsweise 1909 an der X. Internationalen Kunstausstellung im königlichen Glaspalast zu München und an der Ausstellung Kunst der Frau, die von der Wiener Sezession ausgerichtet wurde. 1909 wurde sie gar zum Ritter der Ehrenlegion ernannt. Während des 1. Weltkriegs, der für viele Künstler ein einschneidendes Erlebnis darstellte, schuf Dufau im staatlichen Auftrag Propagandaplakate. 1930 war sie Mitgründerin der Société des Femmes Artistes Modernes (FAM), in der Künstlerinnen verschiedenster Richtung und Altersklassen einen Unterschlupf fanden.

Als sie 1937 verarmt an Magenkrebs starb und auf einem Pariser Armenfriedhof beigesetzt wurde, war ihr Wirken bereits in Vergessenheit geraten. Als 1869 geborene Künstlerin durchlebte sie eine große Bandbreite an künstlerischen Strömungen. Ausgehend vom Impressionismus und Realismus über die dekorative Malweise des Jugendstils, plakative Illustrationen im Rahmen des 1. Weltkrieges bis hin zum Beginn der klassischen Moderne. Wie viele Künstler der Zeit zwischen den Weltkriegen war ihr der große Durchbruch verwehrt. Erst in den 1990er Jahren wurde ihr Werk wiederentdeckt und seitdem auch gebührend gewürdigt.