Szülei cseh származású tanárok voltak. Marilyn születésekor apja vasúti tisztviselőként, anyja egy gyárban dolgozott. Tanárai szerint elég nehezen kezelhető lány volt, viszont tehetsége, rajzkészsége hamar megmutatkozott. Ösztöndíjjal achicagói művészeti iskolában volt középiskolás. Az iskola mellett különböző munkákat vállalt. Volt modell, de például egy hűtőgépgyár háziasszonya is.
HúszévesenLos Angelesben beállt statisztálni. Felfedezte egy filmes ügynökség, és 1954-ben aColumbia Pictures leszerződtette.Rita Hayworth helyére szánták, akivel jogvitájuk volt.
Platinaszőkére festették. A Columbia első számú erotikus sugárzású figuráját csinálták belőle. Első jelentős szerepét 1955-benOtto PremingerAz aranykezű férfi című filmjében játszotta.Frank Sinatra volt a partnere. AFickós Joey című zenés filmben Sinatra ésRita Hayworth mellett alakított nagyszerűen.
1958-ban vele készítetteAlfred Hitchcock aSzédülést. A hatvanas években szinte folyamatosan vásznon volt. Később visszautasította például azÁlom luxuskivitelben főszerepét, amiben ígyAudrey Hepburn ragyogott. Utolsó filmje az 1991-esSzédítő végzet nagyot bukott.
Állatorvos férjével Oregonba vonultak vissza. AzEmpire magazin a filmtörténet száz legszexisebb sztárja közé választotta.