Figlio di un insegnante alla Columbia University che, assieme alla moglie, si dilettava a comporre opere teatrali, Cecil B. DeMille, dopo avere intrapreso la carriera di attore e sceneggiatore a Broadway e di interprete del cinema muto, fondò nel 1912 una propria casa di produzione, la "DeMille Play Company", ribattezzata l'anno dopo in "Jesse Lasky Feature Play Company" (dal nome del suo socio), e che in seguitò si trasformò nella celebre major Paramount. Nel 1914 contribuì a scrivere la storia del cinema americano facendo costruire i suoi studios in una località chiamata Hollywood, che ben presto sarebbe diventata famosissima.
La carriera registica di De Mille iniziò nel 1913 con The Squaw Man, melodramma con protagonista una giovane pellerossa che l'autore rifarà nel 1931 con il titolo di Naturich, la moglie indiana. Si tratta della prima di una lunga serie di produzioni (almeno un'ottantina in totale), che fino al 1920 poteva contare ben sei film l'anno. Lo stile di questo cineasta è facilmente riconoscibile: amava gli scenari grandiosi e spettacolari, i ricchi effetti speciali, le grandi scene di massa, le ricostruzioni storiche più o meno fedeli, le monumentali scenografie e i sentimenti da mélo. Il tutto è riassunto nella famosa "ricetta De Mille", che prevedeva superproduzione, Bibbia e amore.
I grandi successi del regista risalgono all'epoca del muto, ma si estendono anche agli anni Trenta e Quaranta: sbancavano ai botteghini i suoi peplum-movie (Cleopatra,1934; I crociati, 1935), così come i western (La conquista del West, 1936, con Gary Cooper; La via dei giganti, 1939, sulla costruzione della mitica ferrovia Western Union, Giubbe rosse, 1940, sua prima opera realizzata in Technicolor) e i suoi film a tema biblico (l'imponente I dieci comandamenti, 1923, costato oltre un milione e mezzo di dollari e che segnò la fine della collaborazione con Adolphe Zukor; Il re dei re, 1927; Il segno della croce, 1932); ma anche le commedie brillanti (Don't Change Your Husband, 1919; Fragilità, sei femmina!, 1921; Madame Satan, 1939), molte delle quali con protagonista Gloria Swanson, e opere di generi differenti, come il noir La nuova ora (1933).
Dopo alcuni fallimenti commerciali, il cinema di De Mille ebbe una battuta d'arresto negli anni Quaranta, ma poi riprese quota con l'avventuroso Gli invincibili (1947), che ha per protagonisti Gary Cooper e Paulette Goddard, con il biblico Sansone e Dalila (1949), interpretato da Victor Mature e Hedy Lamarr, con Il più grande spettacolo del mondo (1952), che lancia Charlton Heston, e soprattutto con la nuova versione de I dieci comandamenti (1956), ancora con Heston.
Dopo aver interpretato se stesso nel film di Billy Wilder Viale del tramonto (1950), a fianco dell'amata Swanson, dove ironizza sul suo leggendario atteggiamento dispotico nei set, De Mille si avviò alla fine della carriera ricevendo l'Oscar per il miglior film per Il più grande spettacolo del mondo, seguito, dopo I dieci comandamenti, da un Oscar speciale alla carriera.
A causa della sua malattia, nel 1958 ha affidò la regia de I bucanieri, rifacimento di un suo classico, a suo genero, il noto attore Anthony Quinn (sposatosi con la figlia Katherine). Cecil B. DeMille morì l'anno seguente, per un problema cardiaco.
1957 Candidatura Miglior film per I dieci comandamenti
1953 Premio Miglior film per Il più grande spettacolo del mondo
1953 Candidatura Miglior regia per Il più grande spettacolo del mondo
1950 Premio Premio speciale
1953 Premio Miglior regista per Il più grande spettacolo del mondo
1952 Premio Premio Speciale Cecil B. DeMille
1939 Premio Grand Prix du Festival International du Film per La via dei giganti
1953 Premio Premio alla carriera
1953 Candidatura Miglior regista per Il più grande spettacolo del mondo
1956 Regia, Produzione
1949 Regia, Produzione
1953 Produzione
1947 Regia, Produzione