Marilyn Pauline Novak 1933-ban született Illinois, Chicagóban; szülei cseh származású tanárok voltak. Apja Kim születésekor vasúti közlekedési ügyintézőként, anyja gyári munkásként dolgozott. A fiatal Novak nehezen jött ki tanáraival. Iskola után modellkedni kezdett egy helyi áruháznál, később liftkezelőként, eladóként, fogorvosi asszisztensként is dolgozott. Egy hűtőtársaság modelljeként jutott el Los Angelesbe, ahol egy ügynök javaslatára statisztált a The French Line (1953) című RKO-musicalben, aminek köszönhetően a Columbia Pictures szerződést kötött vele. Novakot a Columbia elnöke Marilyn Monroe-hoz hasonló szexszimbólumnak szánta, haját kiszőkítették, a tévedések elkerüléséért pedig megváltoztatták nevét.
Első komoly szerepe a Pushoverben (1954) volt 21 évesen, majd következő filmszerepével Jack Lemmon oldalán A válásban (Phffft!, 1954) elnyerte a legígéretesebb fiatal tehetségnek járó Golden Globe-díjat. 1955-ben Otto Preminger Az aranykezű férfi (The Man with the Golden Arm) című filmjében együtt játszott Frank Sinatrával, akinek oldalán 1957-ben újra megjelent Rita Hayworth-tal együtt a Fickós Joey-ban (Pal Joey), amelyért újabb Golden Globe-ot kapott. Egyik legemlékezetesebb alakítása James Stuart kettős személyiséggel rendelkező párjának szerepe Hitchcock Vertigójában (1958).
A következő évtizedben népszerűsége csökkent, rövid szünetek után az 1970-es évek második felétől vállalt újra szerepeket, 1986 és 1987 között rendszeresen játszott a Falcon Crest című televíziós sorozatban.
Utolsó alakítása Mike Figgis Szédítő végzet (Liebestraum) című filmjében volt 1991-ben, aminek bukását követően Novak visszavonult. Előző, csupán tíz hónapig tartó házasságát követő második férjével együtt Oregonban élt, képzőművészettel foglalkozott.
1997-ben Arany Medve-életműdíjjal tüntették ki a Berlini Nemzetközi Filmfesztiválon.
Az írás a Filmtett gyakornoki programjában készült.
