Hija de un director de orquesta y una bailarina, es hermana de Warren Beatty.
A los cuatro años debutó como bailarina en su ciudad natal, siguiendo con sus actuaciones mientras cursaba estudios secundarios.
En 1959 se instaló en Nueva York, trabajando en diversas comedias musicales de Broadway.
Debutó en el cine en 1955, pero hasta 1983 no consiguió el Oscar relativo a la mejor actriz, a pesar de haber sido nominada anteriormente por ‘Como un torrente’ (1958), ‘El apartamento’ (1960). ‘Irma la dulce’ (1963) y ‘Paso decisivo’ (1977).
En 1960 recibió la Estrella en el Paseo de la fama y en 1999 en Oso de oro Honorario en el Festival de Berlín.