Marie Magdalene Dietrich, geboren am 27. Dezember 1901 in Berlin-Schöneberg, war die zweite Tochter eines Polizeioffiziers und seiner Ehefrau. Nachdem ihr Vater 1908 gestorben war, heiratete die Mutter den Offizier Eduard von Losch, der im Ersten Weltkrieg ums Leben kam, noch bevor er die beiden Mädchen adoptieren konnte. Marlene Dietrich besuchte die Auguste-Viktoria-Schule in Charlottenburg und lernte während ihrer Schulzeit Violine zu spielen. 1920 ging sie nach Weimar, wo sie als Privatschülerin bei Robert Reitz eine Ausbildung zur Konzertgeigerin erhielt. 1921 setzte sie ihre Ausbildung in Berlin fort, musste aber aufgrund einer Sehnenscheidenentzündung eine angestrebte Musikkarriere aufgeben. Stattdessen sprach Dietrich bei der Schauspielschule Max Reinhardts vor, wurde aber nicht aufgenommen. Stattdessen nahm sie zusammen mit Grete Mosheim privaten Unterricht bei Mitgliedern des Reinhardt-Ensembles. Anschließend übernahm sie kleine Rollen in verschiedenen Aufführungen der Kammerspiele, des Deutschen Theaters und anderer Berliner Bühnen.

1922 folgte der Theaterarbeit ihre erste Filmrolle in Georg Jacobys "So sind die Männer", wenig später spielte sie in Wilhelm Dieterles "Der Mensch am Wege" eine Krämerstochter. Anschließend sah man Dietrich in Joe Mays Vierteiler "Tragödie der Liebe", bei dem sie insbesondere in einer Gerichtsszene – flirtend mit dem Staatsanwalt (gespielt von Curt Goetz) – auffiel. Am 17. Dezember 1923 heiratete Dietrich Rudolf Sieber, den sie als Aufnahmeleiter für den Vierteiler kennen gelernt hatte. Am 12. Dezember 1924 wurde die gemeinsame Tochter Maria geboren.

Bereits 1925 begann sie wieder zu arbeiten und nahm einige kleine Rollen an, darunter "Madame wünscht keine Kinder"(1926) und "Eine Dubarry von heute"(1926), beide unter der Regie von Alexander Korda. Im gleichen Jahr folgten die Ellen-Richter-Produktionen "Kopf hoch, Charlie" und "Der Juxbaron", im Jahr darauf lernte sie bei den Dreharbeiten zu "Café Electric"(1927), in dem sie als Erni Göttinger neben Willi Forst eine Hauptrolle spielte, von ihrem Kollegen Igo Sym das Spiel auf der singenden Säge. 1928 spielte sie in den zwei von Robert Land inszenierten Filmen "Prinzessin Olala" und "Ich küsse ihre Hand, Madame". In letzterem, der ersten Tonfilmproduktion der Tobis, spielte sie an der Seite von Harry Liedtke erneut eine Hauptrolle. Ihre erste Titelrolle erhielt sie in Kurt Bernhardts "Die Frau, nach der man sich sehnt" (1929).

Neben der Arbeit beim Film war Dietrich auch in Revuen und Komödien auf den Bühnen Berlins und in Wien zu sehen, etwa in dem Stück "Zwei Krawatten". Bei einem Besuch der Revue wurde Regisseur Josef von Sternberg auf sie aufmerksam und engagierte sie wenig später für die Rolle der verführerischen und fatalen Lola Lola, die den von Emil Jannings verkörperten strengen Professor Rath ins Verderben stürzt, in "Der blaue Engel" (1929) nach Heinrich Manns Roman "Professor Unrat". Mit dieser Rolle gelang Dietrich der internationale Durchbruch.

Anschließend verließ sie Deutschland und setzte ihre Schauspielkarriere in Amerika fort, wo sie 1930 einen Vertrag bei Paramount Pictures unterschrieb. In der folgenden Zeit wurde sie mit sechs Filmen unter der Regie Sternbergs weltweit berühmt: Zusammen mit Cary Cooper und Adolphe Menjou spielte sie in "Marokko"("Morocco", 1930) eine zwischen zwei Männern hin und her gerissene Nachtclubsängerin, als österreichische Agentin X-27 verliebte sie sich in dem Spionagefilm "Entehrt"("Dishonoured", 1931) in den Feind, im Abenteuerfilm "Shanghai Express"(1932) war sie als abenteuerlustige Shanghai Lily neben Clive Brook zu sehen, die im chinesischen Bürgerkrieg zwischen die Fronten gerät. Anschließend mimte sie in "Die blonde Venus"("Blonde Venus", 1932) Helen, die ihre Karriere als Cabaretsängerin für ihren schwer erkrankten Mann Ned (Herbert Marshall) wieder aufnimmt und an den Millionär Nick Townsend (Cary Grant) gerät, und verkörperte in "Die große Zarin" ("The Scarlett Empress", 1934) die deutsche Prinzessin Sofia, die zur russischen Zarin aufsteigt. In "Der Teufel ist eine Frau" ("The Devil is a Woman", 1935) war sie als feurige Tänzerin Concha Perez zu sehen.

Nach dem Ende der Zusammenarbeit mit Sternberg drehte Marlene Dietrich zwischen 1936 und 1939 weiter in Hollywood und arbeitete mit Filmgrößen wie Alfred Hitchcock, Orson Welles, Billy Wilder und Ernst Lubitsch. "Sehnsucht" ("Desire", 1936), von Frank Borzage inszeniert und Lubitsch produziert, war der vorerst letzte Film mit Dietrich, der in Deutschland aufgeführt wurde. Zu gleicher Zeit erhielt sie Angebote für nationalsozialistische Filmproduktionen aus Deutschland, die ihr hohe Gagen und Mitspracherecht garantieren sollten, doch Dietrich lehnte ab. In den USA litt sie nach Mitte der 1930er Jahre unter sinkenden Einspielergebnissen sowie der Filmpresse, die sie und andere Stars wie Greta Garbo oder Katherine Hepburn als "Kassengift" abkanzelte. Mit einem Imagewechsel hin zu handfesteren, oft auch durchaus vulgären Rollen, angefangen mit "Der große Bluff" ("Destry Rides Again", 1939) konnte sie jedoch neue Erfolge verbuchen. 1939 nahm Dietrich die amerikanische Staatsbürgerschaft an und absolvierte Auftritte beim amerikanischen Militär, wie etwa bei einer dreijährigen Tournee zur Truppenbetreuung ab März 1943.

Nach dem zweiten Weltkrieg war sie in weiteren prominenten Produktionen zu sehen, etwa in Wilders "Eine auswärtige Affäre" ("A Foreign Affair", 1948) oder Hitchcocks "Die rote Lola" (Stage Fright, 1950). In den folgenden Jahren widmete sich Dietrich jedoch verstärkt ihrer Karriere als Sängerin und begann in Las Vegas eine erfolgreiche Karriere als Diseuse. Danach war sie im Film meist in kleineren Rollen zu sehen, so etwa in Michael Andersons Abenteuerfilm "In 80 Tagen um die Welt" ("Around the World in 80 Days", 1956) oder Orson Welles' Mexiko-Krimi "Im Zeichen des Bösen" ("Touch of Evil", 1958). Komplexere Rollen spielte sie dagegen in Wilders Agatha-Christie-Verfilmung "Zeugin der Anklage"("Witness for the Prosecution", 1957) oder in Stanley Kramers "Das Urteil von Nürnberg"("Judgement of Nuremberg, 1961) an der Seite von Spencer Tracy, Burt Lancaster und Maximilian Schell.

Nachdem ein Unfall bei einem Auftritt in Australien ihre Karriere als Sängerin beendet hatte, zog sich Marlene Dietrich 1975 aus der Öffentlichkeit zurück und lebte fortan in Paris. 1979 erschienen im Bertelsmann-Verlag ihre Memoiren unter dem Titel "Nehmt nur mein Leben". 1982 willigte sie in eine ausführliche Tonband-Interviewreihe mit Maximilian Schell ein, der die Aufnahmen schließlich für seinen Porträtfilm "Marlene" (1983) verwendete. Der Film erhielt eine Oscar-Nominierung als Bester Dokumentarfilm.

Marlene Dietrich starb am 6. Mai 1992 im Alter von 90 Jahren in Paris.