Elle est née Marylin Louis à Los Angeles aux Etats-Unis le 10 août 1923. Sa mère, Effie Olivia (née Graham), un célèbre mannequin et actrice de comédies musicales et son grand-père un producteur de théâtre à Salt Lake City, son père Harold Cheverton Louis, un représentant en assurances. Elle à une sœur Beverly Engel née en 1918 décédée en 1990 d’un cancer. Ses parents ont divorcés quand Marylin avait dix ans.

Après ses études, elle débute une carrière artistique, d’abord à la radio, puis se fait remarquer à Broadway dans « Blackouts », un spectacle musical. Elle participe ensuite à un concours radiophonique destiné à lancer de jeunes talents et se retrouve sur la couverture d’un magazine. En 1943, cette célébrité précoce ne passe pas inaperçue, un dénicheur de talent de la RKO l’invite à un test à l’écran en présence de David O.Selznick qui, séduit par cette superbe jeune fille de vingt ans, pulpeuse, et sensuelle, lui offre un contrat cinématographique et la rebaptise du pseudonyme de Rhonda Fleming.

La même année, elle tourne son premier film « La ruée sanglante » d' Albert S. Rogell aux côtés de John Wayne et Martha Scott, et un petit rôle de danseuse dans le drame de guerre « Depuis ton départ (1944 ) de John Cromwell avec Joseph Cotten . Après quelques apparitions modestes, elle obtient son premier rôle substantiel en 1945 aux cotés d’Ingrid Bergman et de Gregory Peck dans « La Maison du docteur Edwardes » un thriller de mystère psychologique signé du maître du suspense Alfred Hitchcock, elle y joue une nymphomane de la clinique psychiatrique, sa prestation lui vaut une nomination aux Oscars ; elle enchaîne sous la direction de Robert Siodmak un film d’horreur « Deux mains, la nuit » (1945) dans lequel elle est étranglée par un sérial killer interprété par George Brent. Puis pour Jacques Tourneur elle donne la réplique à deux grandes stars Kirk Douglas, Robert Mitchum dans son film noir « La griffe du passé » (1947) avec Jane Greeer en femme destructrice qui est à l’origine de ce drame.

Paradoxalement c'est dans les films d'aventures exotiques qu'elle explose de sensualité , citons : « L’île aux serpents » (1947) de Sam Newfield, avec Rory Calhoun et deux autres marins ils parcourent une île dirigée par un tyran fou (Alan Napier) (on découvre toute sa superbe en Technicolor, lorsqu’elle est cadrée entre les voiles blanches du clipper balayées par le vent.) Dans la comédie musicale médiévale « Un yankee à la cour du roi Arthur » (1948) de Tay Garnett, dans son rêve un forgeron (Bing Crosby) tombe amoureux de la noble Alisande la Carteloise.

Elle est sublime et provocante dans le western de Leslie Fenton « La belle aux cheveux roux » (1950) un ancien colonel des confédérés de renseignements (Glenn Ford), fait la connaissance d’une belle entraîneuse de saloon ignorant que c’est une espionne sudiste. Elle campe une pirate nommée Rouge dans l’aventure maritime « Le faucon d’or » (1952) de Sidney Salkow avec Sterling Hayden dans le rôle titre ; elle rayonne de toute sa superbe en Cléopâtre la Reine d’Egypte dans le film historique « Le serpent du Nil » (1953) de William Castle avec Raymond Burr en Marc Antoine. Elle éclaire à nouveau par sa pastique le péplum de Carlo Ludovico Bragaglia « Sémiramis, esclave et reine » (1954) le roi Assur (Roldano Lupi) règne en despote sur Babylone, il est séduit par Semiramide une esclave, l'obligeant à se marier elle devient Reine de Babylone mais un complot la condamne au bûcher, elle est sauvé par Amal (Ricardo Montalban).

Fritz Lang la projette en intrigante face à un tueur en série dans son film noir sur les médias « La cinquième victime » (1955) avec entre autres Dana Andrews, George Sanders et Vincent Price ; puis elle est la partenaire de Joseph Cotten qui traque un psychopatre évadé de prison (Wendell Corey) dans « Le tueur s’est évadé » (1956) de Budd Boetticher. Elle se retrouve au casting de quelques bons westerns comme : «Le bagarreur du Tennessee » (1955) d’Allan Dwan, elle incarne la tenancière de saloon ; dans « Règlement de comptes à O.K » (1957) de John Sturges une joueuse professionnelle dont Burt Lancaster s’en éprend après l’avoir emprisonnée, avec Kirk Douglas le célèbre joueur de poker John Hollyday.

A 47 ans n’ayant rien perdu de sa superbe, elle est majestueuse dans « La révolte des esclaves » ( l960) un péplum signé Nunzio Malasomma , Claudia la fille d'un riche patricien Romain tombe amoureuse d'un esclave chrétien (Lang Jeffries) emprisonné, il réussit à s'évader grâce à Claudia.

Par la suite, Rhonda Fleming se retire progressivement des studios de cinéma, elle tourne encore cinq films et met un terme à sa carrière avec la comédie d'espionnage « Le plus secret des agents secrets » (1980), de Clive Donner avec Vittorio Gassman. Entre-temps, elle aura toutefois travaillé pour la télévision, elle participe dans des séries cultes comme entre autres « La croisière s’amuse », « Les Aventures du Far-West », « La Grande Caravane » « Le Virginien » et est revenue sur les scènes de Broadway.

Une vie privée mouvementée, elle s’est mariée 6 fois, citons son premier mariage à quinze ans avec Thomas Lane un copain d’école, il lui donnera un fils, Kent, et épouse a 80 ans Darol Wayne Carlson décédé en 2017.

En dehors de son activité cinématographique, Rhonda Fleming s'est distingué par son travail caritatif en faveur de la recherche contre le cancer, en créant le centre de ressources « Ronda Fleming Man » pour les femmes atteintes de cancer, sa propre sœur Beverly ayant perdu la vie à cause de cette maladie.

Rhonda Fleming chanteuse et danseuse aussi dramatiquement talentueuse que physiquement superbe est décédée le 14 octobre 2020 au centre de santé de Saint John de Santa Monica en Californie à l’âge vénérable de 97 ans.