Hermano menor de la también famosa actriz Shirley MacLaine, fue gran deportista en sus años de estudiante.
Abandonó posteriormente sus estudios y aficiones deportivas para trasladarse a Nueva York y emprender una sólida formación como actor, que incluía desde dicción hasta el aprendizaje del piano.
En concreto, siguió los cursos de arte dramático de Stella Adler, y se inició como actor trabajando en 1957 para la televisión en varios filmes. En 1959 debutó en el teatro y en 1961 comenzó su andadura en el cine protagonizando la película ‘Esplendor en la hierba’ de Elia Kazan.
En un principio se le consideró como un nuevo James Dean, pero Warren Beatty supo zafarse de esta imagen de casanova rebelde al controlar cada vez más todos los aspectos de las películas en las que ha intervenido.
Así, pronto se aventuró en el campo de la producción, ejerciendo esta labor en el filme ‘Bonnie y Clyde’ y posteriormente también abordó la realización, obteniendo incluso el Oscar correspondiente al mejor director por la película ‘Rojos’ (‘Reds’), que también produjo coescribiendo, asimismo, el correspondiente guión.
Como actor, fue nominado al Oscar correspondiente por ‘Bonnie y Clyde’ (1967), ‘El cielo puede esperar’ (1978) y ‘Rojos’ (1981).