Gloria et sa sœur aînée Joy aussi actrice sont les filles de Reginald Michael Bloxam Hallward un architecte anglais, sa mère Jean McDougall une actrice et professeur de théâtre écossaise sous le pseudonyme de Jean Grahame. Elle apprendra très jeune les bases du théâtre à la jeune Gloria Hallward qui voit le jour le 28 novembre 1923 à Los Angeles aux Etats-Unis. A neuf ans sa participation à des spectacles scolaires confirme son rêve de devenir comédienne.

Adolescente peu intéressée par les études, elle abandonne sa scolarité et prend des leçons d'art dramatique à Hollywood. A19 ans elle rejoint une troupe de théâtre et effectue ses débuts dans la revue « Good night ladies » d'abord remplaçante, puis comme titulaire. Engagée à Broadway, elle remplace Miriam Hopkins dans la pièce « The Skin of our Teeths » en 1943.

La chance lui sourit lorsqu’elle est repérée par Louis B.Mayer qui l'engage aussitôt avec l’idée d’en faire une nouvelle déesse à la Greta Garbo et lui trouve le pseudonyme de Grahame. Mais il comprend vite que Gloria ne pouvait entrer dans ce genre de moule, dès lors il la spécialise en superbe garce sensuelle torride avec un zeste d’étourderie.

Elle tourne son premier film avec Richard Whorf « Blonde fever » (1944) elle campe une serveuse de boite de nuit intéressée par un homme riche (Philip Dorn).

Dans le thriller « Feux croisés » (1947) de Edward Dmitriev elle tire suffisamment son épingle du jeu pour obtenir une nomination à l'Oscar du meilleur second rôle féminin, elle est témoin d'un crime raciste aux cotés du trio Robert Mitchum, Robert Young et Robert Ryan. Elle doit à son quatrième mari Nicolas Ray épousé en 1948 son premier rôle majeur dans « Le violent » (1950) celui d’une actrice ratée, qui fournit un alibi à Humphrey Bogart accusé d'un meurtre, s’ensuit une idylle amoureuse, mais homme violent et tourmenté leur relation se dégrade avec une fin dramatique.

En 1951, elle signe avec la Paramount et figure dans la superproduction « Sous le plus grand chapiteau du monde » de Cecil B. DeMille où en coulisse des tensions éclatent entre les artistes et sans l’intervention du directeur du cirque (Charlton Heston), elle aurait eu la tête écrasée sous une patte d'éléphant avec entre autres Jane Russell et William Bendix. Elle sera à l'apogée de sa carrière dans les années 50, avec sa voix rauque et sa sensualité vulgaire et provocante, elle va régner en sirène dans plusieurs films noirs et thrillers, avec des personnages de femme fatale mi-garce, mi-ingénue à la fois sentimentale et perverse qui lui imposent une mort violente dans certains de ses films.

Elle remporte l’Oscar du meilleur second rôle féminin avec le dramatique « Les ensorcelés » (1952) de Vincente Minnelli, elle joue la femme sudiste de Dick Powell le scénariste du brillant mais tyrannique producteur de films Jonathan Shields (Kirk Douglas). Avec « Règlement de comptes » (1953) un film de vengeance aux scènes violentes, Fritz Lang lui offre l’occasion de tenir son rôle le plus complet, celui de l’inoubliable entraîneuse et petite amie du sadique gangster Lee Marvin, avec une scène mémorable quand il la défigure en lui jetant du café bouillant au visage ; elle retrouve Fritz Lang pour « Désirs humains » (1954) un remake de « La bête humaine » de 1938 de Jean Renoir, dans un sinistre triangle amoureux on assiste à des personnages qui sont les jouets d’un funeste destin, avec Gleen Ford son amant ils vont se débarrasser du mari gênant (Broderick Crawford).

Dans le film noir sur fond de braquage « Les bons meurent jeunes » (1954) de Lewis Gilbert elle est l’épouse infidèle d’un ex militaire (John Ireland) découvrant l’infidélité de son épouse, il la noie dans sa baignoire.

Elle enchaîne avec un policier assez nerveux « Alibi meurtrier » (1954) de Jerry Hooper Sterling Hayden un inspecteur de police violent va manipuler la maîtresse (Gloria Grahame) d'un dangereux caïd (Gene Barry) pour le démasquer. Elle est en tout point admirable en névrosée dans « La toile d’araignée » de Vincent Minnelli avec Richard Widmark, Lauren Bacall et Charles Boyer.

Durant le tournage de la comédie musicale « Oklahoma ! » (1955) de Fred Zinnemann elle fait preuve d’un comportement capricieux et anti-professionnel, même si le film est un succès et vaut à la star de bonnes critiques, dans les coulisses son avenir s'assombrit, de plus elle subit de plein front les foudres d'Hollywood avec son quatrième mariage en 1958, avec Tony Ray son beau fils, défini comme scandaleux (avec qui elle avait commencé une liaison avec lui à l'âge de 13 ans) des faits qui vont contribuer à l'effondrement de carrière.

Dès lors Gloria Grahame se rend en Angletterre et apparaît en co-vedette avec Clifton Webb et Peter Sellers dans un film d'espionnage intrigant de la Seconde Guerre mondiale dans « L’homme qui n’a jamais existé » (1956) de Ronald Neame. De retour en Amérique, il fera encore quelques films mais sera relégué dans des rôles secondaires. Elle se tourne alors vers le théâtre et la télévision …

Gloria Grahame fut l'une des actrices les plus emblématiques du film noir, elle exsudait le glamour et la féminité, tout en excellant en tant que femmes troublées et vulnérables. Elle n'est jamais devenue une super star de premier plan, mais elle illuminé l'écran de sa présence séduisante et intense durant les années cinquante. Son mauvais caractère et une vie privée turbulente marquée par des scandales hors écran ont endommagé sa réputation et sa carrière.

Gloria Grahame disparaît le 15 octobre 1981 à l'age de 58 ans victime d'un cancer de l'estomac …