Swą aktorską karierę rozpoczęła dzięki matce, która również grała i chciała zobaczyć na scenie swoją córkę. Kłopoty finansowe zmusiły je jednak do przeprowadzki do Los Angeles. Miały nadzieję, że tam będą mogły wieść lepsze życie, a Dorothy może uda się zagrać w jakimś filmie. W 1937 roku wystąpiła w komedii braci Marx "Dzień na wyścigach". Była to niewielka rola, ale dawała nadzieję na coś lepszego. W 1940 zagrała w "Four Shall Die". Zauważono wówczas jej urodę i talent. Kolejne lata przynosiły kolejne filmy, a w niektórych z nich także śpiewała. Miała wówczas nadzieję, że zauważony zostanie jej talent muzyczny. Wyjechała nawet na występy do klubów w Chicago, Nowym Jorku czy Miami, jednak spotkała się z chłodnym przyjęciem, prawdopodobnie z powodu koloru skóry. W 1954 roku zagrała tytułową rolę w filmie "Czarna Carmen". Dostała za nią nominację do Oscara, przegrała jednak z Grace Kelly. Do 1961 wystąpiła w kilku innych produkcjach. Jej ostatnim filmem był kryminał "The Murder Man". Niepowodzenia w życiu prywatnym (dwa nieudane małżeństwa) odbiły się na jej karierze. Do tego doszły jeszcze problemy z alkoholem. 8 września 1965 roku została znaleziona martwa w swym mieszkaniu. Jako przyczynę śmierci podano przedawkowanie środków nasennych. Miała zaledwie 42 lata.