Etter å ha debutert i en rekke mindre roller, fikk Wray medieoppmerksomhet etter å bli valgt som en av «WAMPAS Baby Stars». Dette førte til Wray signert kontrakt med Paramount Pictures som tenåring. Der spilte hun i mer enn et dusin filmer. Hennes største rolle blir regnet for å være King Kong fra 1933. Etter suksessen med King Kong, dukket Wray opp i en rekke små filmer og roller på TV, som ledet opp til hennes siste rolle i 1980.