Nata in una famiglia della media borghesia statunitense, si avvicinò ancora adolescente al mondo del varietà, debuttando come ballerina nel 1938. Nel 1941 sposò l'attore e ballerino Gene Kelly, dal quale ebbe una figlia, Kerry, e da cui divorziò nel 1957. Nel 1947 interpretò la sua prima pellicola cinematografica, "La colpa di Janet Ames". Con il ruolo di Clara Snyder in "Marty, vita di un timido" (1955) conquistò il BAFTA come migliore attrice internazionale, e ottenne la candidatura al Premio Oscar quale miglior attrice protagonista.