Popular actriz de Hollywood, formada en la danza y en la actuación por influencia de su familia. Es hija de la actriz Kathlyn MacLean y del psicólogo y filósofo Ira O. Beaty, además de hermana de Warren Beatty. Motivada por su madre, comenzó a estudiar danza a los dos años. A los cuatro hizo su primera publicidad y a los 16 debutó en Broadway en la obra Me and Juliet (1953). En 1954 reemplazó a Carol Haney, que se había fracturado una pierna, en la obra The Pijama Game, y fue contratada para trabajar en cine.
Su film debut fue ¿Quién mató a Harry? (The Trouble With Harry, 1955), colorida comedia de Alfred Hitchcock, donde sorprendió por su naturalidad y solvencia. Ese mismo año trabajó con Dean Martin y Jerry Lewis en Artistas y modelos (Artists and Models), experiencia que la acercó al famoso grupo que lideraba Frank Sinatra, con el que volvió a trabajar en varios filmes. En 1958 recibió su primera nominación por su perfomance en Dios sabe cuánto amé (Some Came Running), de Vincent Minnelli. Protagonista de numerosos films musicales, suele decirse de ella que es una bailarina que canta. Ya de madura probó ser una actriz más completa, pero en los últimos años su pasión por los fenómenos sobrenaturales alcanzaron el mismo plano que su trayectoria.