Donen se narodil 13. dubna 1924 v Columbii v Jižní Karolíně. Tanci se začal věnovat, když viděl Ginger Rogersovou a Fred Astaira tančit ve filmu Letíme do Ria (1933). V šestnácti letech dokončil střední školu a odjel do New Yorku, kde byl obsazen v muzikálu Přítel Joey. Hlavní roli v něm ztvárnil Gene Kelly, který se s Donenem rychle spřátelil a začali spolu vymýšlet choreografii k jinému muzikálu.
Muzikál Zpívání v dešti Donen režíroval s Genem Kellym. K jeho dalším muzikálům patří také například Sedm nevěst pro sedm bratrů (1954) a Ve městě (1949). Celkem Donen režíroval více než dvě desítky filmů, ne všechny se ale setkaly s úspěchem, příkladem jsou jeho poslední dva filmy, a to sci-fi snímek Saturn 3 (1980) s Farrah Fawcettovou a Za to může Rio (1984) s Michalem Cainem.
Za svůj život se Donen pětkrát oženil. Jeho první manželka si po rozvodu vzdala Kellyho. Další z Donenových žen byla herečka Yvette Mimieuxová. Později udržoval režisér dlouhodobý vztah se scénáristkou a režisérkou Elaine Mayovou.
