Urodziła się w 1905 w zamożnej meksykańskiej rodzinie[2]. Jej rodzicami byli Antonia i Jesus Asúnsolo. Ojciec przyszłej aktorki pracował jako dyrektor banku w Durango. W 1910 podczas rewolucji meksykańskiej musiał uciekać do USA. Dolores wraz z matką zamieszkała tymczasem w Meksyku. Tam ukończyła francuską szkołę prywatną przy klasztorze św. Józefa[1].
W 1921, mając szesnaście lat, została wydana za mąż za starszego od siebie o 18 lat prawnika Jaimiego Martíneza[1][2]. Para udała się w podróż po Europie, gdzie Dolores wykorzystywała swoje umiejętności taneczne, występując dla francuskich żołnierzy wracających z Maroka[1].
Wraz z mężem zamieszkała w Meksyku. Tam poznała reżysera Edwina Carewe, który zaproponował jej kontrakt filmowy. Dolores i Jamie wyruszyli do Hollywood. On próbował swoich sił jako scenarzysta filmowy, ona – jako aktorka[2].
W 1925 zadebiutowała w filmie Joanna. Jej kariera rozwijała się szybko – zagrała m.in. w Jaka jest cena sławy, który był jednym z najbardziej dochodowych filmów roku[3], oraz w Zmartwychwstaniu (na podstawie utworu Lwa Tołstoja) i Ramonie; ta ostatnia rola przyniosła jej uznanie krytyki[4]. W 1926 wygrała konkurs piękności WAMPAS Baby Star[3]. W latach 20. XX w. była jedną z dziesięciu najlepiej zarabiających aktorek[4].
Grała kobiety różnego pochodzenia – rosyjską wieśniaczkę, Francuzkę, Hiszpankę czy Polinezyjkę[5]. Dzięki temu, że początek jej kariery przypadał na okres kina niemego, fakt, że Dolores del Rio początkowo słabo mówiła po angielsku, nie przeszkadzał jej w zdobywaniu ról[4].
W 1930 Del Rio wystąpiła w swoim pierwszym filmie dźwiękowym. Podpisała intratny kontrakt z United Artists, jednak utraciła go ze względu na poważną chorobę. Jej następny kontrakt podpisany był z RKO Pictures[4]. W 1933 wystąpiła wraz z Ginger Rogers i Frede Astaire'm w filmie Karioka[4].
W 1941 rozwiodła się z Cedrikiem Gibbonsem. Miała w tamtym okresie romans z Orsonem Wellesem[5].
W 1942 aktorka postanowiła wrócić do Meksyku. Była rozczarowana amerykańskim przemysłem filmowym, który oferował jej role wyłącznie oparte na jej urodzie, nie dające jej szansy na wykazanie się umiejętnościami aktorskimi[3]. Była też stęskniona za ojczyzną i rodakami oraz chciała uczestniczyć w rozwoju meksykańskiego kina[4]. Nawiązała współpracę z reżyserem Emilio Fernándezem. Wspólnie nakręcili m.in. filmy Polny kwiat, Maria Candelaria. Ten ostatni film zdobył Złotą Palmę na pierwszym w historii MFF w Cannes oraz nagrodę na MFF w Locarno. Przyczynił się on do popularyzacji kina meksykańskiego na świecie oraz uczynił z del Rio gwiazdę światowego formatu[4].
W 1960 wyszła za reżysera i producenta Lewisa Rileya[6]. W latach 60. jej kariera znacznie zwolniła – grywała już zdecydowanie rzadziej. Poświęciła się za to działalności charytatywnej, prowadząc Estancia Infantil – placówkę opieki dziennej dla dzieci meksykańskich artystów. W ośrodku tym szczególne znaczenie miał rozwój dzieci poprzez kontakt ze sztuką – tańcem i muzyką[6].
Denise.D.LoweDenise.D., An encyclopedic dictionary of women in early American films, 1895–1930, New York: Haworth Press, 2005, ISBN 978-1-84972-291-9, OCLC234077475.