Hun ble oppdaget i 1942 av en talentjeger fra RKO da hun var atten år og fikk en filmkontrakt.[9] Hun hadde først bare småroller, men avanserte til søte kvinnelige hovedroller. I 1945 underskrev hun kontrakt med Warner Bros.[9] Etter ti år innen filmen fikk hun stor oppmerksomhet for sin rolle mot Humphrey Bogart i Den store søvnen i 1946.
Hun kom senere til å spille følsomme og erotisk overspente kvinner. Dorothy Malone ble belønnet med en Oscar for beste kvinnelige birolle i For alle vinder i 1957.[10][11] Hennes filmroller deretter var noe skuffende, men årene 1964-1968 var hun populær i TV-serien Peyton Place.[12]
I 1970-årene spilte hun bare sporadisk i filmer. Hennes siste roller var i 1992 i erotikkthrilleren Basic Instinct, der hun spilte en dømt morder og venninnen til Sharon Stones rollefigur.
Ekteskap
I sitt første av tre ekteskap var hun årene 1959-1964 gift med den franske skuespilleren Jacques Bergerac.[12] De fikk to døtre. De hadde giftet seg i en katolsk kirke i Hongkong. Han hadde tidligere vært gift med Ginger Rogers og da Malone og Bergerac skilte seg, anklaget hun ham for å gifte seg med berømte kvinner for å fremme sin egen karriere. Sitt annet ekteskap inngikk hun i 1969 med bankmannen Robert Tomarkin. Det ble erklært ugyldig allerede samme år. Sitt tredje ekteskap inngikk hun i 1971 med Charles H. Bell. Det endte med skilsmisse i 1974.[12]
Hun levde så et tilbaketrukket liv, og døde på et pleiehjem i januar 2018 i en alder av 92 år.[10]