Gloria Grahame Hallward, aluna de atuação de sua mãe (atriz e professora Jean Grahame), atuou profissionalmente enquanto ainda estava no colégio. Em 1944, Louis B. Mayer a viu na Broadway e deu-lhe um contrato com a MGM sob o nome de Gloria Grahame. Sua estréia no papel-título de Blonde Fever (1944) foi auspiciosa, mas seu primeiro reconhecimento público veio por empréstimo em It's a Wonderful Life (1946). Embora seu talento e apelo sexual fossem de qualidade de estrela, ela não se encaixava no padrão de estrela da MGM, que vendeu seu contrato para a RKO em 1947. Aqui o mesmo problema reapareceu; seu melhor filme nesses anos foi feito por empréstimo, In a Lonely Place (1950). Logo depois, ela deixou a RKO. A década de 1950, seu melhor período, trouxe-lhe o Oscar de Melhor Atriz Coadjuvante e a classificou como uma mulher sombria e inimitavelmente sensual em sete famosos clássicos do cinema noir.
Rumores de ser difícil trabalhar no set de Oklahoma!(1955) ajudou a marginalizar sua carreira no cinema de 1956 em diante.Ela também sofria de problemas conjugais e de custódia dos filhos.Oito anos após o divórcio de Nicholas Ray, que era 12 anos mais velho (e supostamente a tinha descoberto na cama com seu filho de 13 anos), e depois que um casamento subsequente com Cy Howard terminou em divórcio, em 1960 ela se casou com seu ex-enteado Anthony Ray (que era quase 14 anos mais novo que ela.) Isso levou os ex-maridos Nicholas Ray e Cy Howard a processar Grahame;cada homem buscando a custódia de seu respectivo filho, colocando colunistas de fofocas e jornais de escândalo em excesso.A própria Grahame passou por terapia eletroconvulsiva depois que o estresse que se seguiu causou um colapso nervoso.Surpreendentemente, porém, Grahame e Anthony "Tony" Ray provaram ser um casal feliz.A união seria o casamento mais longo de Grahame, durando quase 14 anos (10 anos a mais do que sua união anterior com o pai de Ray);o casal teve dois filhos, Anthony Jr.e James.
Em 1960, Grahame retomou a atuação teatral, combinada com trabalhos na TV e, a partir de 1970, alguns filmes em sua maioria inferiores.Ela foi descrita como uma atriz séria e habilidosa;espontâneo, honesto e obstinado;imaginativo e curioso;incrivelmente sexy, mas insegura quanto à sua aparência (o que levou a uma cirurgia plástica em seus famosos lábios);amorosa e apreciativa companhia masculina;"um pouco maluco".Em 1975, ela foi tratada para câncer de mama.Cinco anos depois, ela foi diagnosticada com câncer novamente, embora não esteja claro se era um novo câncer ou uma metástase de seu câncer de mama.Grahame acabou se mudando para a Inglaterra em 1978.Seu período mais agitado de trabalho no palco britânico e americano terminou abruptamente em 1981, quando ela desmaiou devido aos sintomas do câncer durante um ensaio.Ela desejava permanecer em Liverpool com seu parceiro, Peter Turner (quase 30 anos mais novo), mas depois que Turner notificou seus filhos sobre seu estado de saúde e morte iminente, dois de seus filhos voaram para a Inglaterra para resgatá-la, insistindo que ela voltasse para Estados Unidos.Ela morreu poucas horas depois naquele mesmo dia de câncer de estômago e peritonite em St.Hospital Vincent em Manhattan em 5 de outubro de 1981 aos 57 anos.
