Nació en Radersburg (cerca de Helena, Montana), hija del ranchero galés David Franklin Williams, y su mujer Della Mae.

De todas maneras, continuó presentándose a audiciones hasta que en 1925 sería elegida para su primer papel en una película What Price Beauty?

Durante esos años, la actriz fue encasillada en ese rol, que a menudo coincidía con el de femme fatale.

En 1929, probó con un acento extranjero para cantar y bailar en el primer musical de la Warner Brothers, The Desert Song (1929).

Myrna Loy y su pareja en la pantalla William Powell destacaron en Una mujer difamada (Libeled Lady, 1936), en la que compartían cartel con Spencer Tracy y Jean Harlow, El gran Ziegfeld (The Great Ziegfeld, 1936), I Love You Again (1940) o Mi marido está loco (Love Crazy, 1941).

[1]​ Pero durante ese tiempo, Loy también interpretó papeles en comedias románticas, con su deseo de demostrar su habilidad en todos los terrenos.

Así llegaron Vinieron las lluvias (The Rains Came, 1939) junto a Tyrone Power, Third Finger, Left Hand (1940) con Melvyn Douglas.

Atacó tan duramente a Adolf Hitler que su nombre apareció en su lista negra y sus películas fueron vetadas en Alemania.

En sus últimos años, Loy consideró su actuación en este film como uno de las mejores que había realizado en su vida.

En la segunda mitad de los 40, Loy participó junto a Cary Grant y Shirley Temple en la película de David O. Selznick El solterón y la menor (The Bachelor and the Bobby-Soxer, 1947), Los Blanding ya tienen casa (Mr.

Blandings Builds His Dream House, 1948) nuevamente con Grant y con Clifton Webb en Trece por docena (Cheaper by the Dozen, 1950).

En cuanto a su vida profesional, Myrna sufriría el normal declive comercial que toda gran estrella padece con el paso de los años, interviniendo en escasos y poco memorables títulos cinematográficos y encontrando acomodo principalmente en producciones televisivas.

En los últimos años, destacó por su papel influyente como directora del Consejo nacional por la discriminación de la mujer.