Começou sua vida artística em apresentações para as tropas britânicas durante a Segunda Guerra Mundial. Com grandes habilidades vocais (sua voz de soprano variava de C3 a E7 4 oitavos), estreou nos palcos em 1947, no West End de Londres. Sua estreia nos palcos da Broadway aconteceu em 1954, em The Boyfriend.
Depois disso continuou no teatro (em Minha Bela Dama e Camelot) e em participações na televisão até 1964, quando foi convidada por Walt Disney para interpretar o papel principal no filme Mary Poppins, com o qual levou um Oscar de melhor atriz, vencendo Audrey Hepburn, que concorria pela sua atuação na versão cinematográfica de Minha bela dama, no papel criado por Julie Andrews nos palcos.
Outros filmes importantes se seguiram, como A Americanização de Emily, Cortina Rasgada, Hawaii, A Estrela e Victor ou Victoria, mas talvez sua atuação mais lembrada, aquela que se tornou indissociável de sua imagem no cinema, tenha sido a da jovem Maria, em A Noviça Rebelde, de 1965, um dos grandes musicais da Fox, em que faz o papel de uma noviça sem vocação para o sacerdócio que vai cuidar dos filhos e filhas indisciplinados do capitão Von Trapp (Christopher Plummer) e, adotada pelas crianças, apaixona-se pelo patrão e é correspondida. O filme é baseado na história verídica da família de cantores Von Trapp.
