Ava sógora, Larry Tarr egy fényképészstúdió tulajdonosa volt, a New York-i 5. sugárúton. Ennek a boltnak a kirakatában talált rá a Loews Theatres egyik alkalmazottja Ava fotójára 1941-ben. Miután sikertelenül próbálta megszerezni a recepcióstól Ava telefonszámát, hanyagul odavetette, hogy nem ártana a lány anyagát eljuttatni az MGM-hez. Tarr és Ava testvére ezt rögtön meg is tették. Ava ekkor még az Atlantic Christian College tanulója volt, de hamarosan részt vett egy interjún az MGM New York-i irodájában. Szerződést ajánlottak neki, ő pedig otthagyva az iskolát Hollywoodba költözött.

Számos filmszerepet (nagyrészt statisztaszerepet) követően az A gyilkosok című 1946-os Hemingway-adaptációval vált igazi hollywoodi sztárrá és szexszimbólummá. A Mogambo című filmben nyújtott alakításáért Oscar-díjra jelölték, ám azt végül Audrey Hepburn kapta a Római vakáció főszerepéért. Többen úgy gondolták, hogy legjobb alakítását Az iguána éjszakája (1964) Maxine Faulkjaként nyújtotta, amiért viszont nem jelölték Oscar-díjra. Grayson Hall az elnyomott Judith Fellowes szerepében viszont kiérdemelt egy jelölést legjobb női mellékszereplőként.

Észak-Karolinában nőtt fel egy dohányültetvényen. Feltűnő szépségének köszönhette kiugrását a falusi környezetből, mivel a közeli városban fényképüzletet üzemeltető sógora kirakatában az MGM egyik tehetségkutatója meglátta a lányról készült képeket és szerződést ajánlott neki. 1941-től 1958-ig kötötte a szerződés a filmgyárhoz, ahol egy-egy mondatos statiszta szerepeket kapott, többre nem méltatták. Robert Siodmak "Gyilkosok" című Hemingway-adaptációjában, Burt Lancaster oldalán avatta sztárrá a közönség, először alakította a végzet asszonyát, a legsikeresebben megformált karakterét. Hemingway elkísérte a pályáján: 1952-ben "A Kilimandzsáró hava" és 1957-ben a "Fiesta" című filmekben akaratos, öntörvényű és erőteljes erotikus kisugárzással bíró asszonyokat alakított. A legendás John Ford irányításával vált igazi színésznővé, 1953-ban a "Mogambo" című filmért Oscar-díjra is jelölték. Házasságai révén - Mickey Rooney-val, Artie Show-val, majd Frank Sinatrával - is ismert volt, amelyek sorra kudarcba fulladtak. Az 1950-es években az alkohol rabjaként és kiábrándultan hagyta el Hollywoodot, előbb Spanyolországban, majd Londonban telepedett le. "Ava, My Story" címmel írt életrajzi regényét még befejezte, majd elhunyt tüdőgyulladásban 67 éves korában. Tiszteletére szülőföldjén emlékmúzeumot rendeztek be rajongói.