Sent molt petita, la seva família es va traslladar aDallas,Texas,[3] on començà a treballar com a model; actuà a l'escolaUrsuline Convent i després a laUniversity Highland Park School.
En una d'aquestes actuacions va ser vista per un agent de l'empresaRKO[4]que va observar el talent de la jove Dorothy i la va convidar a signar un contracte per realitzar una pel·lícula en els estudis d'aquesta companyia. Va ser llavors quan va fer un petit paper en la seva primera pel·lícula l'any1943, tituladaThe Falcon and the Co-Eds.[4] També va treballar aHigher & Higher, film que tenia com a protagonistes principalsFrank Sinatra,Michèle Morgan iJack Haley. Posteriorment i a l'edat de 20 anys va signar un important contracte amb laWarner Brothers.[5]
Al començament de la seva carrera, Malone va representar molts papers en pel·lícules comwesterns, considerats com a films de classeB, tot i que també va tenir l'oportunitat de tenir petits rols que van ser memorables, per exemple com a llibretera, a la pel·lículaEl son etern (1946) al costat deHumphrey Bogart, o com l'enamorada deDean Martin en lacomèdiamusical (1955)Artists and Models.
Conseqüentment, li van oferir papers més substanciosos en millors pel·lícules, incloentToo much, too soon ambErrol Flynn, on va retratarDiana Barrymore[7] (la seva autobiografia), oMan of a Thousand Faces. Els treballs addicionals a la pantalla inclouen The Tarnished angels, on va realitzar el paper coprotagonista al costat de Rock Hudson iRobert Stack, oThe Last Voyage, ambRobert Stack iL'últim capvespre,[8] ambRock Hudson.
Malone es va convertir en una figura molt coneguda en acceptar el paper principal aPeyton Place, de la companyia de difusió ABC, des de 1964 a 1968,[9] com també un destacat rol en lasèrie de televisióRich Man, Poor Man (Home ric, home pobre). Un aspecte notable dels seus dots interpretatius el va posar de manifest en la pantalla gran en interpretar la mare condemnada per assassinar la seva família a «Instint bàsic» (1992), al costat deMichael Douglas iSharon Stone.
Malone va estar casada i divorciada tres vegades i té dues filles, Mimi i Diane, de la seva primera unió amb el productorJacques Bergerac (1959 - 1964). Els seus següents matrimonis van ser ambRobert Tomarkin (1969 - 1969)[10] iCharles Huston Bell (1971 - 1974).[11] La seva estrella en elPasseig de la fama de Hollywood està situada en el número 1718.[12]