Il est le fils du comédien Claude Dauphin et de la comédienne Maria Mauban, le petit-fils du poète Franc-Nohain et de la dessinatrice Marie-Madeleine Dauphin, et le neveu de l'animateur Jean Nohain, frère de son père. Au lycée Paul-Valéry, à Paris, il étudie dans la classe du latiniste Bernard Mortureux, spécialiste de Sénèque. Ses débuts, en 1968, dans Adolphe ou l'Âge tendre de Bernard Toublanc-Michel le rendent célèbre. En 1969, il joue le fiancé de Claude Jade dans Le Témoin. À l'époque, Claude Jade et Jean-Claude Dauphin sont un couple. "Il était charmant, drôle, intelligent, et je ne tardai pas à sortir avec lui. Avec notre teint clair et nos traits fins, nous aurions pu jouer un frère et une soeur", écrit Claude Jade dans son autobiographie Baisers envolés. Gérard Blain l’engage en 1970, pour Les amis, et en 1972 Bernard Paul lui donne le rôle principal aux côtés de Dominique Labourier dans Beau Masque. Il joue aux côtés d'Annie Girardot et de Philippe Noiret dans La Mandarine d’Édouard Molinaro, et aux côtés d’Isabelle Adjani dans la série télévisée Le Secret des Flamands. Autres films dans les années 1970 : Le Hasard et la Violence, Les Suspects, Hugues-le-loup, Dracula père et fils, Barry of the Great St. Bernard, Dernière sortie avant Roissy... Il interprète le rôle de Billy, batteur de jazz des clubs parisiens, fils de Dora Doll, dans l'épisode tourné en 1975, La Folle de Maigret de la série Les Enquêtes du commissaire Maigret. En 1980, il joue le rôle d’Ulysse aux côtés de Nicole Jamet dans L'Inconnue d'Arras de Raymond Rouleau. Il est également la voix off ou le récitant de nombreux documentaires de la télévision française. En 1981, il est à la télévision Léon Lécuyer, enseignant idéaliste dans la série d'Édouard Molinaro, Au Bon Beurre et au cinéma Ricky dans Le Choix des armes d’Alain Corneau et participe, en 1984, à Souvenirs, Souvenirs. L'un de ses rôles les plus importants est celui de Clovis, le héros d'Adieu la vie de Maurice Dugowson en 1986. En 1987, il joue avec Guy Marchand et Caroline Cellier dans Charlie Dingo de Gilles Béhat, et avec Juliette Binoche dans L'Insoutenable légèreté de l'être. L'un de ses derniers succès au cinéma est son rôle dans L'École de la chair (1998) de Benoît Jacquot avec Isabelle Huppert.