Interessat de molt jove en el cinema fantàstic amb criatures artificials com The Lost World (1925) o King Kong (1933), es formà en l’incipient cinema d’animació, que continuà després d’un parèntesi durant la Segona Guerra Mundial, en què participà en la sèrie de Frank Capra, Why We Fight.
En els seus inicis professionals formà part de l’equip del seu mentor Willis O’Brien, amb el qual muntà contes per a infants i el 1949 estrenà Mighty Joe Young (1949), d’Ernest B. Schoedsack, que el 1950 guanyà un Oscar als millors efectes especials. Es projectà, però, amb The Beast from 20,000 Fathoms (1953), gràcies a la seva recreació d’un ferotge dinosaure que obtingué un gran èxit.
Posteriorment, associat amb Charles H. Schneer, fou creador de monstres i éssers fabulosos, especialment en la sèrie de films del personatge de Simbad. Entre les pel·lícules en què participar cal esmentar It Came from Beneath the Sea (1955); The 7th Voyage of Sinbad, de Nathan Juran (1958); The Golden Voyage of Sinbad (1974), de Golden Hessler; Sinbad and the Eye of the Tiger (1977), de Sam Wanamaker; The 3 Worlds of Gulliver (1960), de Jack Sher; Mysterious Island (1961), Jason and the Argonauts (1963) i One Million Years B.C. (1966), de Don Chaffey; The Valley of Gwangi (1969), de Jim O’Connolly, i Clash of the Titans (1981), de Desmond Davis. La seva producció fou relativament escassa a causa de les limitacions tecnològiques de l’era predigital.
Reconegut com a inspirador de creadors com Steven Spielberg, George Lucas, James Cameron o Peter Jackson, l’any 1992 rebé un Oscar a la trajectòria i el 1995 el premi Màquina del Temps del Festival Internacional de Sitges.