פלמינג נולד בעיר לה קנדה בקליפורניה והיה בעל כישרון למכניקה. כשעבד כמכונאי רכב הוא פגש את הבמאי אלן דוואן, שלקח אותו לשמש כעוזר צלם. פלמינג התקדם בעבודתו כצלם, וזכה אף לעבוד עם ד. ו. גריפית' ועם דוואן עצמו. ב-1919 ביים את סרטו הראשון. רבים מסרטיו האילמים היו סרטי אקשן, לעיתים עם דאגלס פיירבנקס, וכמו כן מערבונים. עם הזמן הוא קנה לו שם של "במאי של גברים", אולם הוא הוכיח שהוא אפקטיבי גם בבימוי נשים: תחת בימויו זכו ויוויאן לי והאטי מקדניאל בפרס האוסקר, בעוד שאינגריד ברגמן קיבלה מועמדות לפרס ("Joan of Arc"). למעשה, תשעה שחקנים שהופיע בסרטיו של פלמינג קיבלו מועמדות לאוסקר.
שני סרטיו הידועים ביותר יצאו בשנת 1939: "הקוסם מארץ עוץ", על פי ספרו רב המכר של ליימן פרנק באום ו"חלף עם הרוח", על פי הרומן של מרגרט מיטשל. שני הסרטים יצאו לאקרנים בארצות הברית בהפרש של ארבעה חודשים בלבד. שניהם היו הפקות ענק, שהסתבכו בעת הצילומים, ובשניהם נקרא פלמינג להחליף את הבמאי המקורי (כאשר בשניהם היה זה ג'ורג' קיוקור) לאחר שצילומי הסרט כבר החלו. כך למשל בסרט "חלף עם הרוח" פוטר קיוקור כמה שבועות לאחר שהחלו צילומי הסרט, בשל חילוקי דעות מתמשכים עם המפיק דייוויד סלזניק.