Nata a Boise City - in Oklahoma - nel 1929, esordisce al cinema in una piccola parte (in cui non viene neppure accreditata) in Bill sei grande! (1949) di John Ford.

Dopo vari altri ruoli secondari (Quattro ragazze all’abbordaggio - 1951 - di James V. Kern, For Men Only -1952 - di Paul Henreid, The Rose Bowl Story - 1952 - di William Beaudine, L’indiana bianca - 1953 - di Gordon Douglas, Solo per te ho vissuto - 1953 - di Robert Wise, Pride of the Blue Grass - 1954 - di William Beaudine, Tarzan nella giungla proibita - 1955 - di Harold B. Schuster), si afferma nel teso ed antieroico western Wichita (1955) di Jacques Tourneur, in cui lavora con Joel McCrea.

L’anno seguente viene scelta da John Ford per un ruolo secondario in Sentieri selvaggi (1956), con John Wayne, Jeffrey Hunter, Nathalie Wood, Olive Carey, John Qualen e Harry Carey Jr, ma sarà Alfred Hitchcock a trasformarla in protagonista di vitale drammaticità ne Il ladro (1956), con Henry Fonda, Anthony Quayle e Nehemiah Persoff, e con cui ottiene una Nomination all'Oscar come Miglior Attrice Protagonista.

Quattro anni dopo il regista inglese le affiderà un altro ruolo chiave nel celebre Psycho (1960), con Janet Leigh, Anthony Perkins, John Gavin, Martin Balsam e John McIntire. Ventitré anni dopo riprenderà lo stesso ruolo nel modesto Psycho II (1983) di Richard Franklyn. Nel frattempo, alla fine degli anni Cinquanta, aveva rifiutato il ruolo di Madeleine/Judy (verrà interpretato da Kim Novak) in Vertigo (La donna che visse due volte, 1958) di A. Hitchcock.

Diretta ancora una volta da John Ford nel crepuscolare L’uomo che uccise Liberty Valance (1962), con John Wayne, James Stewart, Lee Marvin, John Qualen e Lee Van Cleef, negli anni Sessanta passa alla Disney in commedie (Tigre in agguato - 1964 -, I cacciatori del lago d’argento - 1965 - e I ragazzi di Camp Siddons - 1967 -, di Norman Tokar) e western (Un piccolo indiano - 1973 - di Bernard McEveety).

Fra gli altri film ricordiamo, 23 passi dal delitto (1956) di Henry Hathaway, Foglie d’autunno (1956) di Robert Aldrich, Giacomo il bello (1957) di Melville Shavelson, Sentenza che scotta (1959) di Jack Cardiff, Sono un agente FBI (1959) di Mervyn LeRoy, con James Stewart.

Molto attiva anche in televisione, dagli anni Cinquanta  è apparsa in vari film tv (fra cui Il giudice Horton - 1977 - di F. Cook, in cui fornisce un’ottima performance drammatica) ed in vari episodi di telefilm e serie tv (Alfred Hitchcock Presents, Ai confini della realtà, Perry Mason, La parola alla difesa, Il dottor Kildare, Le spie, Il Tenente Colombo - nell’episodio Bella ma letale, 1973 -, Le strade di San Francisco, Kojak, Starsky & Hutch, Pepper Anderson agente speciale, Charlie’s Angels, La donna bionica, Wonder Woman, Alla conquista del West, La casa nella prateria, La signora in giallo).

A partire dagli anni Ottanta dirada notevolmente le sue apparizioni ed alla metà del decennio successivo si è ritirata a vita privata.