او که دورهٔ باله دیده بود در نوجوانی در همین رشته برنده شد که جایزه‌اش سفر به هالیوود بود. در راه بازگشت تصادف کرد و پایش شکست وقتی بستری بود متوجه شد که صدای خوبی دارد و بنابراین رشته‌اش را تغییر داد و به ترانه خوانی پرداخت.

در سال 1948 او در فیلم مایکل کورتیس به نام «عاشقانه در دریاهای آزاد» در نقش اصلی بازی کرد. در این فیلم ترانه‌ای خواند و پس از آن کمپانی برادران وارنر در تعدادی موزیکال از او استفاده کرد که بعضی مثل «جین بلا» (1953) جزو بهترین موزیکال‌های هالیوود هستند.

دوریس دی در فیلم «مردی که زیاد می‌دانست» (1956) ساخته آلفرد هیچکاک بازی کرد و بیشتر با آوازی که در آن خوانده شناخته می‌شود.

در اواخر دهه 1950 دی به کمدی های عاشقانه روی آورد و در «حرف‌های خودمانی» (1959) ظاهر شد که نخستین فیلم از سه فیلمی بود که به اتفاق راک هادسون و تونی رندال بازی کرده‌ است. موفقیت این فیلم‌ها باعث شد به پرطرفدارترین ستارهٔ زن هالیوودی تبدیل شود.

همسرش از طرف او با شبکه‌ای قرارداد بسته بود که در یک سریال تلویزیونی بازی کند، دوریس که در ابتدای امر نمی‌خواست در این برنامه شرکت کند در نهایت راضی شد و همین سریال تلویزیونی بود که به یکی از محبوبترین برنامه‌های تلویزیونی آمریکا به نام «شوی دوریس دی» تبدیل شد به طوری که پنج سال پخش شد و ثروت زیادی برای دی به ارمغان آورد.

دوریس دی پس از آخرین کارش خود را بازنشسته کرد و زندگی‌اش را تا به هنگام مرگ وقف فعالیت‌های محیط زیستی کرد.

او سالها بود که در هیچ مراسمی ظاهر نشده و تنها باری که رویت شده در مراسم گلدن گلوب سال 1989 بود که به درخواست دوست صمیمی اش کلینت ایستوود به روی صحنه رفت و جایزهٔ یک عمر فعالیت هنری را دریافت کرد.

دوریس دی در چندین سال آخر عمرش گیاهخوار شده‌ بود. وی از زمانی حیوان‌دوست شد که هنگام فیلمبرداری «مردی که زیاد می‌دانست» کشتن و پوست کندن حیوانات را با چشم خود دید و بعدها در سال 1987 «انجمن حیوانات دوریس دی» را پایه گذاری کرد.

برنت سیمون، دوریس دی را بزرگ‌ترین ستاره زن دهه 60 سینما خواند که در ژانرهای متفاوت کمدی، فیلم عاشقانه و درام بازی کرده‌ است.