Audrey Kathleen Ruston néven a belgiumi Ixelles-ben jött világra. Gondos nevelésben részesült, szülei már ötévesen egy London közeli bentlakásos leányiskolába íratták, a világháború után pedig Londonba utazott, hogy az előkelő Rambert balettintézetben tanuljon. A tánc mellett modellkedést vállalt, és színi tanulmányokat is folytatott. Mint balerina, a színpadon 1948-ban debütált, és a következő években is kapott kisebb táncos szerepeket. Ezek valamelyikében látta meg Colette, a híres francia írónő, akinek rábeszélésére 1951-ben elvállalta a címszerepet a Gigi színpadi változatában. A fiatal lány New Yorkba költözött, nagy sikert aratott a Broadway-n a Gigiben, és szinte azonnal felfigyelt rá Hollywood is.

Először egy 1948-as dokumentumfilmben szerepelt, William Wyler 1953-ban bízta rá Anna hercegnő szerepét a Római vakáció című filmben, amelyért megkapta a filmszakma legmagasabb elismerését, a legjobb női főszerepért járó Oscar-díjat. Sorra jöttek a filmfőszerepek, nagynevű rendezők irányításával: Natasa Rosztova volt King Vidor Háború és békéjében (1956), Gary Cooperrel játszott együtt a Délutáni szerelemben (1957). Fred Zinnemann rendezte az Egy apáca történetét (1959), amelyért ismét Oscarra jelölték. Bolondos fiatal lányt játszott a Truman Capote Reggeli Tiffanynél című regényéből készült vígjátékban (Álom luxuskivitelben, 1961), vak nőt a Várj, míg sötét lesz című thrillerben (1967).

George Cukor 1964-ben őt választotta Eliza szerepére a My Fair Lady hollywoodi változatában, a musicalszerephez az énekhangot Marni Nixon kölcsönözte. Remek volt a kettősük Peter O'Toole-lal a Hogyan lopjunk egymilliót?-ban. 1967-ben úgy döntött, visszavonul, idejét a továbbiakban családjának szenteli, ám alkalmilag többször is visszatért, 1979-ben Sidney Sheldon Vérvonal című bestsellerének filmváltozatában szerepelt, utolsó munkája a Spielberggel forgatott Örökké (1989) volt. 1992 végén rákban megbetegedett, 1993. január 20-án halt meg tolochenazi otthonában.