Iniciou sua carreira na Broadway, dançando em diversos musicais. Foi descoberta por Billy Wilder para o filme Irma, La Douce (1963), que a tornou mundialmente famosa, destacando-se entre as atrizes de Hollywood. Seu primeiro filme foi O Terceiro Tiro (1955), a que se seguiu Se meu Apartamento Falasse (1959). Recebeu um Oscar em 1983, como Jack Nicholson, pelo desempenho em Laços de Ternura. Flores de Aço (1989), um filme que recria o destino de um grupo de mulheres numa província americana, recebeu críticas negativas, mas sua atuação na comédia Mrs. Winterbourne (1996) foi muito elogiada. A atriz, comprometida com causas sociais, publicou autobiografias. É irmã mais velha do ator Warren Beaty. Seus filmes de destaque são: Charity, Meu Amor (1974) e Lembranças de Hollywood (1990).