Dorastał w Nowym Jorku, gdzie rozpoczął karierę w teatrze najpierw jako aktor, a następnie scenarzysta i reżyser. Jego debiutancki western Mąż Indianki (1914) zasłynął jako pierwszy pełnometrażowy film nakręcony w Hollywood. W trakcie długoletniej kariery, która objęła zarówno epokę niemą jak i dźwiękową wyspecjalizował się w wielkich, kasowych produkcjach, bijących Box office, ale i zbierających pochlebne recenzje krytyków. Jest uważany za jednego z najbardziej dochodowych twórców w historii kina. Kojarzony głównie z epickich widowisk biblijnych i historycznych, ma też na koncie wiele westernów, poczynając od wyżej wymienionego Męża Indianki (potem także remaki tego filmu) i Wirgińczyka (1914) z epoki niemej, poprzez Niezwyciężonego Billa (1936), Union Pacific (1939) i Policję konną Północnego Zachodu (1940) z wczesnej epoki klasycznej, aż po western kolonialny Unconquered (1947). W trzech z powyższych w roli głównej wystąpił Gary Cooper. Imieniem Cecila B. DeMille’a namaszczono przyznawane corocznie nagrody filmowe – Złoty Glob.