Nascuda amb el nom de Hedwige Eva Maria Kiesler, actuà en diverses pel·lícules austríaques abans de fer-se famosa amb Extasis (1933), un film del txec Gustav Machaty en què, amb el nom de Hedy Kieslerova, protagonitzà una llarga escena en què apareixia totalment nua i que des d’aleshores anà sempre associada amb la carrera de l’actriu. Emigrada a Hollywood arran de l’auge del nazisme, adoptà el nom de Hedy Lamarr per evitar –cosa que no aconseguí mai– les constants referències a Extasis . Actuà en una trentena de pel·lícules nord-americanes, entre les quals la més famosa és Sanson et Dalilah (1949), de Cecil B. de Mille. El 1956 rodà el seu darrer film, Femmina .
Autora del llibre de memòries Extasis and Me: My Life as A Woman (1967), arran de la seva retirada del cinema desenvolupà la seva habilitat manual i científica com a inventora, i patentà diversos ginys relacionats amb les telecomunicacions.