Hun begynte som fotomodell i tenårene. Etter å ha prydet forsiden av Vogue i 1965, ble det nakenbilder i 1970, som gjorde at hun fikk rollen som moren i i 1971, ble Golden Globe-nominert for tolkingen av i i 1972 og i av Kubrick. Hun var et naturlig valg da hun antok vertskapet i Muppet Show i 1978. På 1960-1970-tallet var hun en av de mest kjente fotomodellene og arbeidet for blant andre Yves Saint Laurent. I 2016 medvirket hun for første i Shakespeare som Lady Capulet i regissert av Kenneth Branagh. Berenson har stått modell blant annet for Robert Mapplethorpe. Hun opptrådte som motemodell på catwalk i 2011 (64 år gammel).