Due anni dopo appare insieme al grande John Gielgud nella tragicommedia shakespeariana Il racconto d'inverno, in cui interpreta il ruolo di Perdita.

Nel ‘52 esordisce al cinema in Father's Doing Fine (1952) di Henry Cass e, nei successivi tre anni, interpreta soprattutto ruoli secondari di giovani donne in film quali The Second Mrs. Tanqueray (1953) di Dallas Bower, Mare crudele (1953) di Charles Frend, The Oracle (1954) di C. M. Penninghton Richards, Simba (1955) di Briain Desmond Hurst (1955), L’ultima vendetta (1955) di Basil Dearden. Negli stessi anni continua a lavorare a teatro e, nella stagione ‘54-‘55, fa parte della prestigiosa compagnia dell'Old Vic.

A partire dal ’56 comincia ad ottenere parti cinematografiche più interessanti, fra cui ricordiamo quella di Jean Paget, la dattilografa inglese che viene fatta prigioniera dai giapponesi in Malesia durante la Seconda guerra mondiale nel bellico La mia vita comincia in Malesia (1956) di Jack Lee, in cui lavora con Peter Finch. Tale ruolo le fa vincere un premio BAFTA come Migliore Attrice Protagonista, premio cui farà seguito un'altra notevole performance nei panni di Henrietta ne Il grande amore di Elisabetta Barrett (1957) di Sidney Franklin, in cui lavora nuovamente con John Gielgud. L'anno successivo viene candidata ai BAFTA per Scuola di spie (1958) di Lewis Gilbert, film di spionaggio in cui interpreta Violette Szabo, agente segreto SOE che, durante la Seconda guerra mondiale, verrà fucilata dai tedeschi.

Nel ’59 interpreta il ruolo di Janet Taggart nell’avventuroso I giganti del mare (1959) di Michael Anderson, in cui lavora con Gary Cooper - al suo penultimo film -, Charlton Heston, Michael Redgrave, e con un giovane Richard Harris al suo terzo film.

Sposatasi due anni avanti - nel ’57 - con l'attore Bill Travers (1922-1995), noto per aver lavorato con Stewart Granger e Ava Gardner nel drammatico Sangue misto (1956) di George Cukor, dopo Two Living, One Dead (1961) di Anthony Asquith, si ritira dagli schermi per circa quattro anni.

Il suo rientro avverrà nel ‘65 con il film per il quale ancora oggi è maggiormente nota: Nata libera (1965) di James Hill, pellicola girata ed ambientata in Kenya in cui Virginia McKenna interpreta il ruolo di Joy Adamson (1910-1980, autrice dell’omonimo libro - Born Free - da cui il film è tratto) e in cui lavora con il marito Bill Travers (che interpreta il naturalista e ambientalista George Adamson, 1906-1989, marito di Joy). Tale performance le farà ottenere una nomination al Golden Globe come Miglior Attrice Protagonista in un film drammatico. Il film vincerà anche un Oscar per la miglior colonna sonora (John Barry, autore della celeberrima sigla dei film di 007 e futuro premio Oscar per le musiche de Il leone d'inverno - 1968 -, La mia Africa - 1985 - e Balla coi lupi - 1990) e la Miglior Canzone originale (Born Free, scritta dallo stesso John barry e cantata da Matt Monroe).

La vicenda della leonessa Elsa e l'esperienza maturata nel corso delle riprese del film e della collaborazione - poi divenuta una vera e propria amicizia - con Joy e George Adamson colpiranno e influenzeranno Virginia McKenna e Bill Travers a tal punto da indurli ad avvicinarsi seriamente ai temi della salvaguardia della natura e della fauna selvatica in Africa. Nei circa trent’anni successivi, i due coniugi diraderanno le loro apparizioni teatrali e cinematografiche e continueranno a impegnarsi in numerose attività di protezione degli animali selvatici africani e di salvaguardia del loro habitat naturale, fondando (nel 1984) l'organizzazione “Zoo Check” e dando vita (nel 1991) alla “Born Free Foundation”, ancora oggi attiva.

Negli anni successivi Virginia McKenna continua a recitare apparendo in film quali Waterloo (1970) di Sergey Bondarciuk, in cui interpreta la Duchessa di Richmond, An Elephant Called Slowly (1971) di James Hill, The Gathering Storm (1974) di Herbert Wise, Unico indizio: un anello di fumo (1977) di Stuart Cooper, l’horror Holocaust 2000 (1977) di Alberto De Martino, in cui lavora con Kirk Douglas, Extrasensorial (1982), anch’esso diretto da Alberto De Martino, e lavorando per la televisione britannica.

A teatro ricordiamo la sua apparizione (nel 1979) nella commedia musicale Il re ed io, in cui lavora con Yul Brynner e con cui vince il premio Laurence Olivier  come Migliore Attrice di musical. Al cinema il breve ma incisivo ruolo della madre di John Hannah in Sliding Doors (1998) di Peter Howett, in cui lavora con una giovane Gwyneth Paltrow.

Vedova di Bill Travers (scomparso nel ’95 a settantatré anni) i meriti artistici e l'intenso impegno per la salvaguardia della natura e in favore dei diritti degli animali nel 2004 sono valsi a Virginia McKenna la nomina a Ufficiale dell'Ordine dell'Impero Britannico.

Ancora attiva a teatro e in televisione (nonché nelle battaglie ambientaliste e animaliste) nonostante l’età avanzata, nel 2009  ha pubblicato The Life in My Years, la sua autobiografia.