Nata a Bascorn - in Florida - nel 1941, Dorothy Faye Dunaway - meglio nota come Faye Dunaway- studia a Boston e, dopo varie esperienze teatrali, esordisce al cinema nel 1967 in ruoli secondari in Cominciò per gioco di Elliott Silverstein e in E venne la notte di Otto Preminger. 

Nello stesso anno, al suo terzo film (Gangster Story - 1967 - di Arthur Penn, in cui lavora con Warren Beatty e Gene Hackman) si rivela in grado di dar vita ad un personaggio intenso come quello di Bonnie Parker, partner di rapine di Clyde Barrow (W. Beatty), rivelando doti drammatiche di ragguardevole entità.

Considerata quasi all'unanimità (insieme a Vanessa Redgrave, Jane Fonda, Barbra Streisand, Jacqueline Bisset, Diane Keaton, Charlotte Rampling, Susan Sarandon, Meryl Streep e Jessica Lange) come una fra le attrici più dotate della sua gnerazione, nel corso dei trent’anni successivi interpreta oltre settanta film, fra cui anche alcuni tv movies. Fra i più noti ricordiamo Piccolo grande uomo (1970) di Arthur Penn, in cui lavora con Dustin Hoffman, Chinatown (1974) di Roman Polanski, in cui recita con Jack Nicholson e John Huston, I tre giorni del Condor (1975) di Sydney Pollack, in cui lavora con Robert Redford, Max von Sydow e Cliff Robertson, Quinto potere (1977) di Sidney Lumet, in cui recita con Peter Finch, William Holden e Robert Duvall e con cui vince un meritato Oscar come Miglior Attrice Protagonista, Occhi di Laura Mars (1978) di Irvin Kershner.

Negli anni Novanta fornisce una grande prova in Arizona Dream (1993) di Emir Kusturica e, circa un decennio dopo, la ritroviamo nel ruolo di una madre borghese ne Le regole dell’attrazione (2002) di Roger Avary.    

Fra gli altri film, Il caso Thomas Crown (1968) di Norman Jewison, con Steve McQueen, Amanti (1968) di Vittorio De Sica, con Marcello Mastroianni, Il capitano di lungo… sorso (1969) di John Frankenheimer, con David Niven, Il compromesso (1969) di Elia Kazan, con Kirk Douglas e Deborah Kerr, Mannequin - Frammenti di una donna (1970) di Jerry Schatzberg, Doc (1971) di Frank Perry, con Stacy Keach ed Harris Yulin, I duri di Oklahoma (1973) di Stanley Kramer, con George C. Scott, John Mills e Jack Palance, I tre moschettieri (1973) di Richard Lester, con Oliver Reed, Frank Finlay, Richard Chamberlin e Michael York, Milady (1974), anch’esso diretto da Richard Lester, L’inferno di cristallo (1974) di John Guillermin, con Paul Newman, Steve McQueen e William Holden, La nave dei dannati (1977) di Stuart Rosenberg, con Oskar Werner e Lee Grant, Il campione (1979) di Franco Zeffirelli, con Jon Voight e Ricky Schroder, Delitti inutili (1980) di Brian G. Hutton, con Frank Sinatra, Mammina cara (1981) di Frank Perry, agghiacciante biografia di Joan Crawford (1904-1977), L’avventuriera perversa (1983) di Michael Winner, Prova d’innocenza (1984) di Desmond Davis, Barfly - Moscone da bar (1987) di Barbet Schroeder, Bruciante segreto (1988) di Andrew Birkin, In una notte di chiaro di luna (1989) di Lina Wertmuller, Il racconto dell’ancella (1990) di Volker Schlondorff, Maledetta ambizione (1993) di Tom Holland, L’ultimo appello (1996) di James Foley, tratto da L’appello di John Grisham ed interpretato anche da Gene Hackman, Giovanna D’Arco (1998) di Luc Besson, The Yards (2000) di James Gray, Blind Horizon - Attacco al potere (2004) di Michael Haussman.

I suoi film più recenti sono stati Flick (2008) di David Howard, The Magic Stone (2009) di Jowita Gondek, 21 and Wake-Up (2009) di Chris McIntire e The Bye Bye Man (2016) di Stacy Title.

Molto attiva anche sul piccolo schermo, la ricordiamo in numerosi film tv (La donna che amo - 1972 - di Paul Wendkos, Agatha Christie: 13 a tavola - 1985 -, tratto dall’omonimo libro di Agatha Christie, diretto da Lou Antonio ed in cui lavora con Peter Ustinov e David Suchet, La signora di Beverly Hills - 1986 - di Harvey Hart, La straniera - 1989 - di Joan Tewkesbury, Silhouette - 1990 - di Karl Schenkel, Dietro il silenzio  di mio figlio - 1995 - di Donald Wrye, Una madre coraggiosa - 1996 - di Tim Hunter, Gia - Una donna oltre ogni limite - 1998 - di Michael Cristofer, Tutte le donne del Presidente - 2000 - di Ron Lagomarsino, Il ritorno dei dinosauri - 2004 - di Julian Jarrold, Pandemic - Il virus della marea - 2007 - di Armand Mastroianni, Nora Roberts - La palude della morte - 2009 - di Ralph Hemecker, Vite parallele - 2010 - di Neil Fearnley), nelle miniserie Evita Peron (1981) di Marvin J. Chomsky, Ellis Island - La porta dell’America (1984) di Jerry London, Cristoforo Colombo (1985) di Alberto Lattuada), Il veneziano - Vita e amori di Giacomo Casanova (1987) di Simon Langton e Harvey Hart, e Lo specchio del destino (1998) di Karen Arthur, ed in alcuni episodi di vari telefilm (Seaway: acque difficili - 1965 -, Le cause dell’avvocato O’ Brien - 1966 -, Il ritorno di Colombo - nell’ottimo episodio Donne pericolose per il Tenente Colombo, 1993 -, Il tocco di un angelo - 2001 -, Alias - 2002/2003 -, CSI - Scena del crimine - 2006 -, Grey’s Anatomy - 2009).