Després de dos anys a la Marina dels EUA (1943-45), anà a Nova York, on rebé cursos d’interpretació d’Erwin Piscator. El 1948 es traslladà a Hollywood, i l’any següent debutà en el cinema en Criss Cross, de R. Siodmak. Al llarg de la seva carrera interpretà més de 140 films i fou un dels actors més populars dels anys cinquanta i seixanta, apreciat tant en papers còmics com dramàtics.
Hom pot esmentar The Prince Who Was a Thief (1951), de R. Maté; Flesh and Fury (1952), de J. Pevney; Son of Ali Baba (1952), de K. Neumann; No Room for the Groom (1953), de D. Sirk; Houdini (1953), de G. Marshall, que coprotagonitzà, entre d’altres, amb Janet Leigh, primera de les seves sis mullers i amb qui fou pare de l’actriu Jamie Lee Curtis; Beachhead (1954), de S. Heisler; So This is Paris (1955), de R. Quine; The Black Shield of Falworth (1955), de R. Maté; Trapeze (1956), de C. Reed; Sweet Smell of Success (1957), d’A. Mackendrick; The Vikings (1958), de K. Douglas; The Perfect Furlough (1958), de B. Edwards, The Defiant Ones (1958), de S. Kramer; Some Like it Hot (1959), de B. Wilder, la seva pel·lícula més famosa, que coprotagonitzà amb Jack Lemmon i Marilyn Monroe; Operation Petticoat (1959), de B. Edwards; Spartacus (1960), de S. Kubrick; The Great Impostor (1961), de R. Mulligan; The Outsider (1961), de D. Mann; Captain Newman, M.D (1963), de D. Miller; Wild and Wonderful (1964), de M. Anderson; Goodbye Charlie (1964), de V. Minnelli; The Great Race (1965), de B. Edwards; Boeing Boeing (1965), de J. Rich; The Boston Strangler (1968), de R. Fleischer, i Those Daring Young Men in Their Jaunty Jalopies (1969), entre d’altres.
Protagonitzà també algunes sèries per a la televisió. Rebé, entre altres guardons, el premi honorífic del Festival de Sitges (2000) i l’especial dels premis David di Donatello de l’Acadèmia de Cinema Italià (2001).