A 16 ans sa scolarité achevée, elle s’inscrit aux cours de René Simon pour une courte durée, elle rencontre l’acteur Marcel Dalio de 23 ans son aîné, un coup de foudre réciproque qui les conduisent à la mairie d’Antony pour célébrer leur noce le lundi 30 octobre 1939, ils resteront unis jusqu’en 1943 date de leur divorce.

Mais l’Allemagne vient d’envahir la Pologne, la guerre gronde et l’origine israélite de Dalio les amène à fuir la France. Après une escale au Portugal, le couple se retrouve après bien des péripéties à Hollywood au sein de la communauté des artistes français exilés (Charles Boyer, Jean Gabin, Michèle Morgan, etc.).

Madeleine Lebeau dont la seule expérience cinématographique se limite à une simple apparition dans le film dramatique « Les jeunes filles en détresse » (1939) de Georg-Wilhelm Pabst, décroche chez Paramount Pictures, le rôle à peine parlant d’une émigrée roumaine dans le mélodrame romantique « Par la porte d’or » (1941) de Mitchell Leisen avec Charles Boyer, Olivia de Havilland et de Victor Francen.

En pleine tourmente de la Seconde Guerre mondiale, Michael Curtiz réalise le mythique « Casablanca » (1943) Madeleine campe la maitresse délaissée de Rick (Humphrey Bogard), Rick et Ilsa (Ingrid Bergman) vont s'engager dans la lutte contre les Nazis, dans une scène mémorable du film, des ressortissants français du Rick's Cafe Americain se lèvent tous et chantent La Marseillaise pour étouffer un hymne patriotique allemand chanté par un groupe de soldats de la Wehrmacht, c’est alors que la caméra zoome sur le visage émouvant de Madeleine en larmes ( bien réelles) et lorsque la chanson touche à sa fin, Madeleine crie Vive la France! Vive la démocratie !

Malgré qu’elle ne manque pas d’atouts Madeleine Lebeau, grande, sexy, très jolie minois au sourire ravageur rappelant celui de Viviane Romance, reste sous estimée par les producteurs et tourne que quatre films en quatre ans.

En 1946 Madeleine Lebeau regagne la France et tente de relancer sa carrière avec le film historique de Henri Calef « Les chouans » elle campe l’aristocrate Marie de Verneuil, une espionne romanesque qui succombe au beau Marquis interprété par Jean Marais, convaincue de trahison elle tombe sous les balles de chouans.

Pour Albert Valentin dans une version libre du roman d’Alexandre Dumas « Le secret de Monte-Cristo » (1948) elle est Marguerite, la fiancée de François (Pierre Brasseur) condamné à tort au bagne, libéré et devenu extrêmement riche, sa vengeance sera éclatante mais il finit par en périr.

Elle enchaîne avec une comédie dramatique « Dupont Barbès » (1952) de Henri Lepage, Malou (Madeleine Lebeau), une prostituée a trouvé un stratagème pour soutirer de l'argent à ses amants, elle leur annonce d'une voix larmoyante qu'elle est enceinte, ceux-ci, après avoir laissé une liasse de gros de billets, elle prend la fuite.

Dans « L’étrange amazone » (1952), de Jean Vallée, s’étant montrée nue, la châtelaine, Éliane (Madeleine Lebeau) est l’objet d'un chantage par le comte Ostrowsky (Jean Lara) ce dernier est retrouvé sans vie, mais qui est l’assassin ? avec Gérard Landry et Jeannette Batti.

Elle s’illustre également dans un rôle sombre avec « L’aventurière du Tchad » (1953) un mélodrame de Willy Rozier où l'intrigante Fanny (Madeleine Lebeau) provoque la zizanie entre Alain (Jean Danet) et son rival, au cours d'une rixe le rival d'Alain s'écroule et Fanny est blessée mortellement ; la voilà encore intrigante et rivale de la malheureuse Barbara Laage dans « Quai des Blondes » (1954) de Paul Cadéac où sous l’autorité d’un chef de gang (Michel Auclair) elles sont toutes les deux entraînées dans un trafic de cigarettes américaines. (Le film évoque en sourdine la traite des Blanches).

Elle est Emilie Pellapra, la prétendue fille naturelle de « Napoléon » (1954) une œuvre revue et corrigée par Sacha Guitry avec Raymond Pellegrin dans le rôle titre, Michèle Morgan et Danielle Darrieux.

Une comédie romantique de Michel Boisrond « Une parisienne » (1957), Brigitte (Brigitte Bardot) la fille du Président du Conseil (André Luguet) est éperdument amoureuse de son chef de cabinet Michel (Henri Vidal), mais ce dernier à une maitresse la volcanique Monique (Madeleine Lebeau) jalouse, Brigitte provoque Michel en séduisant un prince consort (Charles Boyer).

Elle joue la poule enquiquineuse larguée par Jean-Claude Brialy dans la comédie « Le chemin des écoliers » (1959) de Michel Boisrond, une histoire sur fond de marché noir sous l’occupation avec Alain Delon, Bourvil et Paulette Dubost.

Madeleine Lebeau participe au premier volet de la saga des Angélique, elle est la duchesse de Montpensier mortifiée de n’avoir pu épouser son cousin le Roi Soleil (JacquesToja) dans « Angélique, marquise des anges » (1964) de Bernard Borderie.

Sa filmographie s'arrête après un western « Duel à Rio Bravo (1964) de Tulio Demicheli, un groupe de hors-la-loi domine la petite ville de Rio Bravo, Jennie Lee (Madeleine Lebeau), gérante du saloon, demande à son ami Wyatt Earp (Guy Madison) de remettre de l'ordre dans la ville. Après ce film, sans regret, elle déserte les studios et se retire loin des sunlights dans son havre se paix dans la banlieue romaine.

Elle fut mariée en 1956 en seconde noce avec un jeune industriel Marcel Guez et divorcée en 1959, elle convole une troisième fois en 1988 avec le scénariste Tullio Pinelli rencontré lors du western « Duel à Rio Bravo » ils restèrent unis jusqu'au décès de Tullio en 2009, on ne lui connaît pas d’enfants.

Elle s'installe ensuite à Estepona en Espagne où elle y décède le 1er mai 2016 à l'âge de 92 ans.