Descendiente de una familia de judíos portugueses (algún autor llega a afirmar que sus padres eran de esta nacionalidad), Catulle Mendès nace el 22 de mayo de 1841 en Burdeos. Algún otro autor, como Emilia Pardo Bazán, afirma que desciende de judíos españoles, pero esta hipótesis es menos plausible. Tras una infancia y una adolescencia en Toulouse, llega a París en 1859 y enseguida se convierte en uno de los protegidos de Théophile Gautier. Se da a conocer desde 1860 al fundar la Revue Fantaisiste en la que colabora especialmente Villiers de L'Isle Adam. En 1863 publica su primera antología de poemas, Philoméla. Como consecuencia de un viaje a Alemania que lo deja fascinado, Catulle Mendès se alinea con ardor en el campo de los defensores del compositor Richard Wagner.      
      Pronto se une al grupo de escritores que se reune en casa de Leconte de Lisle: François Coppée, Léon Dierx y José María de Heredia o Théodore de Banville especialmente son asiduos. Ha nacido El Parnaso, del que Catulle Mendès será su historiador publicando más tarde La Légende du Parnasse contemporain. Participa activamente a este respecto en la revista colectiva Le Parnasse contemporain.
      Mendés se casó con Judith Gautier, hija de Théophile Gautier, en 1866. El matrimonio no duraría mucho. Hacia 1869 Mendès se irá a vivir con la compositora Augusta Holmès. Esta pareja tendrá cinco hijos antes de separarse en 1886, tres de sus hijas son además el tema del famoso cuadro de Auguste Renoir, las hijas de Catulle Mendès, actualmente en posesión del Museo Metropolitano de Arte de Nueva York. Mendés se casará a continuación con la poetisa Jeanne Nette, que será su última compañera y que firmará sus obras bajo el nombre de Madame Catulle Mendès.
      Admirador a ultranza de Sarah Bernhardt, defiende a ésta con motivo de las críticas recibidas por la audaz versión de Hamlet que la actriz representa en Paris en 1899. Fruto de la discusión que se entabla tras el final de la representación, es el duelo que mantiene con el crítico teatral George Vanor. Mendès ya se había batido en un lance de honor dos años atrás con el escritor y crítico Lugné-Poe por un artículo que éste último había escrito en La Presse y que Mendès consideró ofensivo. En ambos enfrentamientos salió herido, aunque en el último se temió por su vida debido a la herida que Vanor le había infligido en el vientre.
     Fue un inveterado mujeriego, y se le atribuyen varias anécdotas con mujeres, no en vano la mayoría de sus lectores eran del sexo femenino y tenía un gran número de admiradoras.
      El cuerpo sin vida de Catulle Mendès fue descubierto el 7 de febrero de 1909 en el túnel de la línea ferroviaria cerca de Saint-Germain-en-Laye, y aunque algunos biógrafos opinan que se suicidó, todo parece apuntar a que se trató de un accidente ya que se cree que abrió la portezuela de su vagón creyendo haber llegado a su destino y cayó a la vía, siendo atropellado por el tren una vez que éste reanudó la marcha (Para más información sobre este accidente hacer click aquí).
       Su muerte produjo gran conmoción en los cenáculos culturales parisinos y sus exequias fueron muy concurridas, siendo enterrado en el cementerio parisino de Montparnasse.
      Su obra es muy abundante, aunque en general ha caído hoy en el olvido. Está considerado como el representante de un estilismo fin de siglo, utilizando, no sin cierto preciosismo, un vocabulario rebuscado y brillante. Los críticos de la época le reprochan ya una cierta superficialidad y una manera bastante visible de seguir la moda al uso. Su poesía, con un perfume decadente, era muy apreciada por Verlaine. Es igualmente autor de cortos relatos eróticos. Sin cuestionar su innegable talento y capacidad para el trabajo, fue tildado en más de una ocasión como el «maestro del símil» por su capacidad para imitar los estilos de muchos de sus contemporáneos, negándosele un estilo estrictamente personal.
      Entre otras anécdotas se cuenta que fue Catulle Mendès quién presentó el ocultisata Eliphas Lévi a Victor Hugo e intentó enrolar a Guy de Maupassant en una logia masónica.