Delphine Cottu a été comédienne au Théâtre du Soleil entre 1997 et 2009. Entre 1992 et 2010, elle se forme au cours de stages auprès de Stuart Seide, Olivier Werner, éloi Recoing, Feruccio Soleri, Carolyn Carlson, Philippe Faure, Antonio Araujo, Catherine Germain, et Alexandre del Perrugia.

De 1994 à 1995, elle joue dans On vient chercher Mr Jean, et Mon théâtre secret, de Jean Tardieu, mis en scène par G. Vernay. Elle travaille avec la compagnie Bagage de sable, sur la lecture de l’oeuvre de Charlotte Delbo - assistante de Louis Jouvet, déportée et revenue des camps - avec 320 comédiennes, répartie sur 154 communes, la lecture est retransmise en simultanée sur France-Culture. En 1996, elle réitère l’expérience avec la lecture du Fil, l’oeuvre autobiographique de Christophe Bourdin, mort du Sida en 1997.

Elle continue sa formation à l’école de l’Embarcadère, Centre régional de formation aux arts et techniques du spectacle et pôle d’écritures contemporaines, à Besançon, qui lui permet de découvrir les textes de Roland Fichet, Noëlle Renaude, de rencontrer Jean-Luc Lagarce, et Michel Azama ; elle se forme auprès Lucas Belvaux, Anne-Marie Fijal, Christophe Galland, Laurent Pelly, et Jacques Livchine.

C’est en jouant Séraphine, dans Le Suicidé, de Nicolaï Erdman, mis en scène par Joséphine Derenne, qu’elle fait la rencontre déterminante d’Ariane Mnouchkine. Elle suit ensuite une année de formation au Conservatoire national de région de Tours. En 1997, elle joue dans Amphitryon de Kleist, mis en scène par Serge Irlinger, au Théâtre de l’Utopia à La Rochelle, puis participe au stage organisé par Ariane Mnouchkine, à la suite duquel elle intègre le Théâtre du Soleil la même année. De 1997 à 1998, elle joue Charlotte, la stagiaire indocile dans Et soudain des nuits d’éveil.

De 1999 à 2002, elle joue dans Tambours sur la digue. De 2003 à 2007, elle est Babouchka et Solange, l’infirmière à Sangatte, dans Le Dernier Caravansérail. Puis entre 2006 et 2009, elle tient les principaux rôles dans Les Éphémères. En 2010, elle joue La Puce à l’oreille, sous la direction de Paul Golub ; puis elle retrouve le Théâtre du Soleil pour lequel elle interprète le rôle de la narratrice des Naufragés du Fol Espoir, en alternance avec Shaghayegh Beheshti.

Parallèlement, depuis 2004, Delphine Cottu encadre des ateliers de formation en France (classes option théâtre, à l’occasion notamment de la programmation du Théâtre du Soleil au baccalauréat), et à l’étranger (Maroc, Argentine, Israël). En 2007, elle collabore avec Charles-Henri Bradier pour sa création de L’Arbalète magique, conte musical de Thon That Tiêt pour chanteurs et orchestre, avec l’ensemble Musica 13. En janvier 2008, elle accompagne Ariane Mnouchkine au Cambodge pour un atelier autour de la recréation de L’Histoire terrible mais inachevée de Norodom Sihanouk, roi du Cambodge.

En juin 2013, Delphine Cottu était au Printemps des Comédiens de Monpellier dans Liliom, mise en scène de Jean Bellorini.