Elle intègre l'orchestre de Radio-Lille sous le nom de Jacqueline Ray. Elle commence à travailler dans le music-hall à Paris en 1945 et y rencontre le compositeur de chansons Loulou Gasté qui lui fait prendre un nom de scène. En 1947, elle enregistre Ma cabane au Canada. En 1950, elle épouse Loulou Gasté, qui restera son mari jusqu'à sa mort en 1995. Elle enchaîne les succès avec des titres comme Étoile des neiges ou Le Chien dans la vitrine.

Elle chante en 1954 au Moulin rouge puis part pour les États-Unis chanter dans des palaces de New York et Los Angeles, et dans l'Ed Sullivan Show. Elle chante en duo avec Dean Martin. En 1959, elle devient meneuse de revue au Casino de Paris, puis elle est engagée au Dunes, un casino de Las Vegas entre 1963 et 1965. Elle chante aussi à Londres.

Elle présente à la télévision l'émission Line directe dans les années 1970. Dans les années 1980, elle produit le show télévisé Telle est Line sur Antenne 2, et débute une carrière au théâtre. Dans les années 1980, elle chante Le Soir avec Dalida.
Elle est membre du comité de parrainage de la Coordination française pour la Décennie de la culture de paix et de non-violence, et vice-présidente de l'association Sidaction. Fin 2009, elle s'associe aux critiques de Pierre Bergé contre le Téléthon3.

Après trente ans d'absence, elle revient à la chanson et enregistre un nouvel album " Rue Washington".Collaborent entre autres à ce projet, Johnny Hallyday, Mylène Farmer,Julien Clerc, Christophe Maé, Grand Corps Malade, Marc Lavoine, Michel Delpech, Salvatore Adamo, Alain Chamfort, Gaële, Damien Robitaille, Bernard Beaupère, Jean-Karl Lucas et Émilie Satt.

Les 24 mai et 25 mai 2011, Line Renaud est en concert, pour la première fois de sa carrière, à l'Olympia.