Delphine Pelletier startet seit 1995 im Triathlon. Sie studierte bis 1998 am Sportzentrum Institut national du sport et de l'éducation physique (INSEP) in Paris.
1996 wurde sie Vierte bei der Europameisterschaft und Fünfte bei der Weltmeisterschaft der Junioren.
2002 wurde sie in Autun Französische Staatsmeisterin auf der Triathlon-Kurzdistanz und sie konnte diesen Titel im Folgejahr erfolgreich verteidigen.
Militär-Weltmeisterin Triathlon 2003
Von 2002 bis 2013 trainierte sie als Berufssoldatin bei den französischen Streitkräften (Armée de Terre). Im Juli 2003 wurde sie Militär-Weltmeisterin Triathlon.
Sie erreichte 2008 den Vize-Europameistertitel auf der Langdistanz in Gérardmer (4 km Schwimmen, 120 km Radfahren und 30 km Laufen) und sie wurde 2008 zum dritten Mal Staatsmeisterin auf der Triathlon-Kurzdistanz.
Im Juni 2012 wurde sie Dritte bei der Europameisterschaft auf der Mitteldistanz im Rahmen des Challenge Kraichgau und im August wurde sie in Wiesbaden Sechste bei der Ironman 70.3 European Championship.
Im September gewann sie den Triathlon de Gérardmer auf der Mitteldistanz (1,9 km Schwimmen, 93 km Radfahren und 21 km Laufen) – nachdem sie hier schon dreimal den zweiten Rang erreicht hatte.
Im Mai 2013 wurde sie zum fünften Mal Französische Staatsmeisterin auf der Langdistanz und bei ihrem ersten Ironman-Start erzielte sie im Juni in Nizza den dritten Rang.