Su primera participación fílmica fue a los 22 años de edad, en Catorce horas (1951) de Henry Hathaway, encarnando un papel secundario. Su primera gran aparición sería un año más tarde, junto a Gary Cooper, en Solo ante el peligro de Fred Zinnemann. A partir de allí comenzaron sucederse los papeles protagónicos de Kelly. Ganó un premio Oscar como mejor actriz, interpretando a Georgie Elgin en La angustia de vivir (1954) de George Seaton. Ese mismo año se convirtió en una de las figuras de Alfred Hitchcock, quien se quedaría fascinado por su participación en Crimen Perfecto, junto a Ray Milland. El director la convocó inmediatamente para protagonizar La ventana indiscreta y, más tarde, para Atrapa a un ladrón (1955).
De los personajes que ha desarrollado a lo largo de su carrera, quizás el que mejor la defina sea el de Lisa Carol Fremont en La ventana indiscreta. En este film, Kelly interpreta a la esposa del fotógrafo L. B. Jefferies (James Stewart); es una mujer refinada, de una presencia poderosa, muy lista y segura de sí misma y, principalmente, de una belleza física cercana a la perfección. Aunque, por otra parte, también hay que decir que ese perfil de mujer inteligente y con clase definiría a muchos de sus otros personajes.
Mientras Grace tenía un presente espléndido en Hollywood, del otro lado del Atlántico comenzaba a definirse su futuro. Los hombres que componían el círculo íntimo del príncipe Rainiero III de Mónaco aseguraban que éste debía casarse pronto para tener un heredero y que ese territorio no pasara a manos de Francia. Con el fin de mejorar la imagen de la corona del principado, se postuló la idea de que Rainiero contrajera matrimonio con una estrella del cine norteamericano. La primera en la lista fue Marilyn Monroe, quien incluso llegó a ser informada sobre esta propuesta; finalmente el consejo del príncipe se inclinó por Grace Kelly. Ella y Rainiero se conocieron cuando la actriz llegó al palacio de Mónaco para realizar una sesión de fotos en 1955. A partir de allí comenzaron a verse ocasionalmente. Grace Kelly sabía que de aceptar la propuesta de matrimonio y convertirse en princesa, su carrera como actriz habría llegado a su fin.
La boda tuvo lugar el 16 de abril de 1956 en el palacio de Mónaco, la cual sería denominada por la prensa como “la boda del siglo”. Desde ese entonces, ella comenzó a dedicarse por completo a su nueva vida y su nuevo país. El matrimonio tuvo tres hijos, Carolina, Alberto II y Estefanía, garantizando con el segundo la esperada descendencia.
El 13 de septiembre de 1982, Grace Kelly sufrió un accidente automovilístico, y perdió la vida un día después. Dicho accidente tuvo lugar en una carretera cercana a Mónaco, la misma en la que, paradójicamente, aparece haciendo un picnic junto a Cary Grant en la película Atrapa a un ladrón.
En relación a la historia de Kelly, actualmente podemos ver Grace de Mónaco (2014), del director francés Olivier Dahan, con las actuaciones de Nicole Kidman, Tim Roth y Frank Langella.