Gloria Hallward (conocida como Gloria Grahame) nació en Los Ángeles el 28 de noviembre de 1923. Hija de Jean McDougal, de nombre artístico Jean Grahame, actriz y profesora de teatro, Gloria Hallward comenzó su carrera como actriz en el teatro. Mientras trabajaba en los escenarios de Broadway, fue contratada por la productora MGM, en la que empezó a trabajar en el cine, y se cambió el nombre por el de Gloria Grahame utilizando el apellido artístico de su madre.
Grahame debutó en el cine con «Blonde Fever» (1944) junto a Phillip Dorn y Mary Astor interpretando a una vampiresa. Con posterioridad intervino en una película protagonizada por la pareja Spencer Tracy y Katharine Hepburn, «Sin Amor» (1945), alcanzando la fama por su papel secundario en la obra maestra de Frank Capra «Qué Bello Es Vivir» (1946).
En esa etapa protagonizó muy buenas películas como «Encrucijada De Odios» (1947) de Edward Dmytryk, por la que fue nominada al Oscar como mejor actriz secundaria o «En Un Lugar Solitario» (1950), un film dirigido por su marido en aquellos momentos, Nicholas Ray, con quien había compartido créditos anteriormente en «Un Secreto De Mujer» (1949). Tras su trabajo con directores como Cecil B. DeMille, volvería a ser nominada, logrando el Oscar a la mejor actriz secundaria en 1952, por su interpretación en «Cautivos del mal» («The Bad and the Beautiful»), de Vincente Minnelli. En ella Gloria interpretaba de modo inolvidable a Rosemary Bartlow, la esposa sureña, aburrida, algo frívola y deliciosamente tonta, de un catedrático convertido en guionista célebre de Hollywood, interpretado por Dick Powell.
Gloria Grahame, que sufría graves problemas de visión, era una mujer que solía aparecer en pantalla con una imagen firme y sensual, siendo en realidad de personalidad bastante insegura. En los 50 intervino en películas como «El Mayor Espectáculo Del Mundo» (1952) de Cecil B. DeMille, «Los Sobornados» (1953) de Fritz Lang, film en el que Lee Marvin le arrojaba un café hirviendo en pleno rostro, «Deseos Humanos» (1954), película de cine negro que la emparejó de nuevo con Glenn Ford con la dirección de Lang tras «Los Sobornados», «La Tela De Araña» (1955), de nuevo con Minnelli de director, «No Serás Un Extraño» (1955), el primer largometraje de Stanley Kramer, u «Oklahoma» (1955), un western musical dirigido por Fred Zinnemann en el que Gloria cantaba con su propia voz.
A partir de mediados de la década de los 50 la carrera en el cine de Gloria Grahame declinó, en parte debido a los malos resultados de una operación quirúrgica en un labio, lo que perjudicó la dicción de la actriz. En la década de los 60 Grahame se mantuvo muy activa en la escena, pero prácticamente abandonó el cine, interviniendo solo en el western «Noche de violencia». Desde el comienzo de la década siguiente hasta principios de los 80, Grahame tendría una actividad considerable en el cine y la televisión, sin abandonar el medio teatral, representando varias obras en Inglaterra.
Gloria Grahame estuvo casada en cuatro ocasiones. En 1948, la actriz se casó con el actor Stanley Clemens, siendo su segundo marido el director Nicholas Ray. En 1952 Gloria se divorció de Nicholas Ray y dos años después contrajo matrimonio con el escritor Cy Howard, con quien permaneció hasta el año 1957. Después se casó en 1960 con su hijastro (hijo de Nicholas Ray), Anthony Ray, enlace que no favoreció a su imagen pública. En 1976 Anthony y Gloria terminaron divorciándose. Gloria Fue madre de cuatro hijos.
En 1981, a Gloria Grahame se le diagnosticó un cáncer de estómago, pero ella rechazó el resultado del diagnóstico, y viajó a Inglaterra para proseguir con su actividad profesional en el teatro. Una vez allí, su salud se deterioró rápidamente, siendo trasladada de nuevo a los Estados Unidos, y falleciendo finalmente en Nueva York el 5 de octubre de 1981, a los 57 años de edad. Gloria Grahame está sepultada en el Cementerio Oakwood Memorial Park, en Chatsworth, California.
