En juin 1939, il décide de partir à New York pour se former au métier de comédien. Au théâtre Tamarak, un ami lui suggère de changer son nom. On lui propose Kirk et un nom commençant par un D, Douglas. Il entre ensuite à l'académie américaine d'art dramatique et suit les cours de Charles Jehlinger (de). Il y rencontre aussi Diana Dill, sa future première femme, et la jeune Betty Bacall, future Lauren Bacall. Après quelques rôles mineurs dans les pièces Spring Again (novembre 1941) et Les Trois Sœurs (décembre 1942), il s'engage dans la marine. Peu avant de s'enrôler, il effectue une démarche de changement de nom : Kirk Douglas, qui était initialement un nom de scène, devient alors son nom d'état civil.

De son vrai nom Issur Danielovitch Demsky, également appelé Isadore Demsky, est né le 9 décembre 1916 à Amsterdam dans l'État de New York. Fils d'immigrés juifs russes, il travaille comme portier, groom, serveur et catcheur professionnel tout en étudiant à la Saint Lawrence University de Canton dans l'État de New York (il obtient un bachelor en 1939), puis à l'American Academy of Dramatic Art (1939-1941) à New York. C'est surtout au théâtre qu'il joue de petits rôles avant et après son service militaire dans la marine (1943-1944). Puis Hollywood l'attire. Après son premier film, The Strange Love of Martha Ivers (L'Emprise du crime, 1946) avec Barbara Stanwyck, il décroche des seconds rôles dans plusieurs films remarquables, dont Out of the Past (La Griffe du passé, 1947), Mourning Becomes Electra (Le deuil sied à Electre, 1947) et I Walk Alone (L'Homme aux abois, 1948). Son rôle de boxeur impitoyable dans Champion (Le Champion, 1949), qui lui vaut une nomination aux oscars, le propulse au rang de star. Avec ce film, Douglas se façonne une image de personnage impudent, intense et égocentrique. Grâce à son charisme, il devient la coqueluche du public, malgré de nombreux rôles d'hommes imparfaits. « J'ai fait carrière en jouant des fils de pute », dit-il un jour.

Douglas tourne avec de nombreux réalisateurs réputés comme Brian De Palma, Stanley Kubrick, Vincente Minnelli, John Huston, Howard Hawks, Otto Preminger, Joseph L. Mankiewicz, Elia Kazan, Billy Wilder et King Vidor.

Robuste et athlétique, doté d'une profonde fossette au menton et d'une voix particulière, souvent imitée, il tourne avec des grands maîtres dans certains des films les plus estimés des années 1950. Il interprète le rôle d'un musicien de jazz autodestructeur, librement inspiré du cornettiste Bix Beiderbecke, dans le film Young Man with a Horn (La Femme aux chimères, 1950) de Michael Curtiz ; un reporter peu scrupuleux qui tente de tirer profit d'un drame individuel dans Ace in the Hole/The Big Carnaval (Le Gouffre aux chimères, 1951) de Billy Wilder ; un shérif rongé par la culpabilité à la suite de la mort de son père dans Along the Great Divide (Le Désert de la peur/Une corde pour te pendre, 1951) de Raoul Walsh ; un « flic » instable et vengeur dans Detective Story (Histoire de détective, 1951) de William Wyler ; un producteur de cinéma manipulateur dans The Bad and the Beautiful (Les Ensorcelés, 1952) de Vincente Minelli, rôle qui lui vaut une deuxième nomination aux oscars. L'une de ses performances les plus inoubliables est aussi l'une des plus atypiques : dans Lust for Life ( La Vie passionnée de Vincent Van Gogh, 1956) de Minelli, il incarne le génie tourmenté de Vincent Van Gogh avec une rare intensité, et est de nouveau nominé aux oscars.

Kirk Douglas reste une tête d'affiche pendant la décennie suivante avec des films de qualité comme Paths of Glory (Les Sentiers de la gloire, 1957) et Spartacus (1960) de Stanley Kubrick, Gunfight at the O.K. Corral (Règlement de comptes à O.K. Corral, 1957), The Devil's Disciple (Au fil de l'épée, 1959), Lonely are the Brave (Seuls sont les indomptés, 1962), Seven Days in May (Sept Jours en mai, 1964) et In Harm's Way (Première Victoire, 1965). Ensuite, la qualité des films dans lesquels il joue décline, même s'il reste très actif, tournant en moyenne dans un film par an jusqu'à la fin des années 1980. On citera, parmi les réussites (opus les plus aboutis) de la dernière partie de sa carrière, The Brotherhood (Les Frères siciliens, 1968), The Arrangement (L'Arrangement, 1969), There Was a Crooked Man (Le Reptile, 1970), The Fury (Furie, 1978), The Man from Snowy River (L'Homme de la rivière d'argent, 1982) et Tough Guys (Coup double, 1986), où il partage pour la septième et dernière fois la vedette avec son ami Burt Lancaster. Douglas réalise deux films, Scalawag (1973), comédie de pirates mal ficelée, et Posse (La Brigade du Texas, 1975), western cynique devenu culte.

Kirk Douglas est l'auteur d'une autobiographie bien accueillie tant par la critique que par le public, Le Fils du chiffonnier (1989) et de deux romans best-sellers, Dance with the Devil (1990) et The Gift (1992). Une crise cardiaque faillit lui être fatale en 1995. Mais, fidèle à son image de dur à cuire, il est de retour sur les écrans quatre ans plus tard dans le premier rôle de la comédie Diamonds (1999). Douglas est récompensé pour l'ensemble de sa carrière par l'American Film Institute en 1991 et reçoit un oscar honorifique en 1996.

Retiré du cinéma en 2008, il s'occupe de sa fondation pour les enfants défavorisés, la « Anne & Kirk Douglas Playground Award »3 et poursuit son travail d'écriture, après avoir publié ses mémoires de 1988 à 2006.

Son empreinte d'immortalité repose au Walk of Fame, 6263 Hollywood Blvd.

2009 - Prix Britannia pour sa contribution au cinéma mondial aux British Academy Awards, de Los Angeles, États-Unis.
2005 - Prix pour l’ensemble de sa carrière au festival du cinéma international de Palm Springs, Californie, États-Unis.
2001 - Prix Milestone aux prix PGA Laurel d’Or, États-Unis.
2001 - Ours d’Or d’honneur au festival international du cinéma de Berlin, Allemagne
2000 - Prix pour l’ensemble de sa carrière au festival du cinéma de Wine Country, États-Unis.
1999 - Prix pour l’ensemble de sa carrière par la Guilde des acteurs de cinéma, États-Unis.
1999 - Botte d’Or aux Golden Boot Awards, États-Unis.
1997 - Prix pour l’ensemble de sa carrière au festival du cinéma de Hollywood, États-Unis.
1996 - Prix Carl Foreman par la fondation du cinéma américain, États-Unis.
1996 - Oscar d’Honneur aux Academy Awards, États-Unis.
1994 - Prix pour l’ensemble de sa carrière par la Convention ShoWest, États-Unis.
1991 - Prix pour l’ensemble de sa carrière par l’American Film Institut, États-Unis.
1991 - Prix Meltzer par la guilde des écrivains américains, États-Unis.
1988 - Prix pour l’ensemble de sa carrière par la National Board of Review, États-Unis.
1988 - Caméra d’Or Internationale pour l’ensemble de sa carrière, Allemagne.
1980 - César d’honneur, France.
1968 - Prix Cecil B. DeMille aux Golden Globes, États-Unis.
1958 - Pour le film : LES VIKINGS - Prix Zulueta du meilleur acteur - Festival international du film de San Sebastián, Espagne.
1956 - Pour le film : LA VIE PASSIONNÉE DE VINCENT VAN GOGH - Golden Globe - Meilleur acteur de cinéma catégorie drame, États-Unis.
1956 - Pour le film : LA VIE PASSIONNÉE DE VINCENT VAN GOGH - Prix NYFCC - Meilleur acteur par le cercle des critiques de cinéma de New York, États-Unis.
1953 - Pour le film : LE JONGLEUR - Saint Jordi Spécial - Prix Sant Jordi de Barcelone, Espagne.
1949 - Prix Pomme d’Or - Acteur le plus coopératif aux Golden Apple Awards, États-Unis.