Styne var sanglærer for 20th Century Fox, inntil Darryl F. Zanuck gav ham sparken fordi sangundervisning var «a luxury, and we're cutting out those luxuries» og at han skulle skrive sanger fordi «that's forever». Styne startet sitt eget danseband, noe som førte ham til Hollywood, hvor han ble oppdaget av Frank Sinatra og der startet han et samarbeid med lyrikeren Sammy Cahn. Sammen skrev de mange sanger for film, inkludert «It's Been a Long, Long Time» (1.-plass i 3 uker for Harry James og hans orkester i 1945), «Five Minutes More» og «Three Coins in the Fountain» til filmen (1954), som vant Oscar for beste sang. Han samarbeidet med Leo Robin til filmmusikalen (1955). Ti av hans sanger er blitt nominert til Oscar, mange skrevet sammen med Cahn, inklusiv «I've Heard That Song Before» (1.-plass i 13 uker for Harry James og hans orkester i 1943), «I'll Walk Alone», «It's Magic» (2.-plass for Doris Day i 1948) og «I Fall in Love Too Easily».