Su carrera continuó con películas como Sex and the Single Girl (1964), Inside Daisy Clover (1964) y Bob & Carol & Ted & Alice (1969).

Esta ambición de su madre porque fuera famosa se debe a que cuando estaba embarazada le leyó la mano una anciana que estaba en la calle, diciéndole: "Su hija será una gran estrella, pero deberá tener mucho cuidado con las aguas oscuras".

Permaneció en contacto con la familia de Wood durante dos años, avisándoles cuando surgía otro papel.

Según la hermana menor de Wood, Lana, Pichel "la descubrió y quiso adoptarla".

Cuando Wood no pudo llorar en el momento justo, su madre rompió en pedazos una mariposa frente a ella para asegurarse de que sollozaría por una escena.

[4]​[5]​ Wood actuó en otra película dirigida por Pichel, The Bride Wore Boots , y pasó a 20th Century Fox para interpretar a la hija de Gene Tierney en The Ghost and Mrs.

Ya que tenía una bonita voz, inicialmente fue ella quien cantó todas sus canciones.

[9]​ A la edad de 25 años, Wood recibió su tercera nominación al Premio Oscar por Amor con el verdadero extraño (1963), lo que convirtió a Wood (junto con Teresa Wright ) en la persona más joven en obtener tres nominaciones al Oscar.

Este récord lo batieron posteriormente Jennifer Lawrence en 2013 y Saoirse Ronan en 2017, quienes obtuvieron su tercera nominación a la edad de 23 años.

Se citó al director Sydney Pollack diciendo sobre Wood: "Cuando ella era la adecuada para el papel, no había nadie mejor.

Por Inside Daisy Clover (1965) y This Property Is Condemned (1966), ambas coprotagonizadas por Robert Redford, Wood recibió nominaciones al Globo de Oro a la Mejor Actriz.

Protagonizó The Memory of Eva Ryker, estrenada en mayo de 1980, que resultó ser su última producción completa.

Wood también había comprado los derechos cinematográficos del libro de Barbara Wersba Country of the Heart y planeaba protagonizar con Timothy Hutton el drama sobre la relación profesional-romántica entre un poeta de mente dura y su alumno mucho más joven (el material finalmente se adaptó a una película para televisión de 1990 protagonizada por Jane Seymour).

Esperaba seguir su actuación como Anastasia en el escenario con una temporada protagónica en una adaptación cinematográfica de la obra.

[18]​ Después de este matrimonio inicial, Wood salió con Warren Beatty, Michael Caine y David Niven Jr.

En 2016, Wilson habló ante la cámara sobre su presunto romance con Wood en un documental para la red de cable Reelz.

Según la profesora Cynthia Lucia, que estudió la denuncia, la violación de Wood fue brutal y violenta.

La nave estaba fondeada frente a la isla de Santa Catalina, cerca de Los Ángeles, y en esos días la actriz terminaba la película Brainstorm, con Christopher Walken, amigo del matrimonio que estaba con ellos al ocurrir la desgracia.

Sus restos se encuentran en el Cementerio Westwood Village Memorial Park de Los Ángeles (California).

Wood también logró el éxito en televisión, especialmente en la miniserie From Here to Eternity (1979), por la que ganó un Globo de Oro.

Su vida profesional se ha visto especialmente ensombrecida por las circunstancias que rodearon su muerte, así como por su muy publicitado matrimonio, su divorcio y su nuevo matrimonio con Robert Wagner, sus relaciones con varios actores con los que salió en la década de 1960, sus problemas de salud mental y su relación a menudo problemática con su madre.