Demarchelier werkte jarenlang voor toonaangevende bladen als Harper’s Bazaar, Vogue en Vanity Fair. Naast zijn werk voor modebladen werkte Demarchelier ook voor modehuizen als Chanel, Ralph Lauren, Yves Saint Laurent, Dior en Louis Vuitton. Hij fotografeerde ook voor campagnes van toegankelijkere merken als Gap en Target.
In 2007 kreeg Demarchelier van de Franse minister van Cultuur een hoge onderscheiding, hij werd benoemd tot officier van de Orde van Kunsten en Letteren. Ruim tien jaar later, in 2018, werd de Fransman door zeven modellen beschuldigd van ongepast seksueel gedrag. Condé Nast, uitgever van onder meer GQ, Vogue en Glamour, kondigde toen aan voorlopig niet met de fotograaf te werken.
De fotograaf laat zijn vrouw Mia, drie zoons en drie kleinkinderen achter.
