Грант родился в пригороде английского города Бристоль, однако вся его кинокарьера была связана с Голливудом. В подростковом возрасте он примкнул к труппе бродячих акробатов, перебрался за океан и некоторое время выступал в бродвейских мюзиклах. Вскоре он выработал своеобразную манеру произношения, которую именуют среднеатлантическим выговором и нередко пародируют.
Когда актёр в 1932 году впервые попал в Голливуд, боссы компании «Paramount Pictures» придумали ему сценический псевдоним «Кэри Грант». Это была неточная анаграмма имени Гэри Купера, в котором они видели его потенциального соперника. Слава пришла довольно случайно — звезда Мэй Уэст потребовала, чтобы именно Грант сыграл её любовника в картинах «Она обошлась с ним нечестно» (1933) и «Я не ангел» (1934).
В 1935 году истек срок действия контракта с Paramount, и актёр перезаключил его на неслыханных условиях — он оставлял за собой право участвовать в проектах конкурирующих компаний и тем самым контролировать подбор ролей для себя. Подобная независимость привела к тому, что ни одна из студий не считала нужным лоббировать его интересы при вручении «Оскаров» — и он так никогда и не получил награду «с игры». Кроме названных преференций, Грант вслед за Джимми Стюартом выбил для себя право получать процент от сборов с фильмов, в которых он принимал участие.
В конце 1930-х основную часть фильмов Гранта составляли комедии, а точнее — фарсы. В 1940 году он сыграл одну из своих самых известных ролей, в «Филадельфийской истории», а два года спустя — самую любимую, в фильме «Только одинокое сердце». Тогда же началось сотрудничество с Альфредом Хичкоком, который признавался, что вообще актёров не любит и не уважает, за единственным исключением Гранта. Среди его работ у Хичкока — фильмы «Подозрение» (1941), «Дурная слава» (1946), «Поймать вора» (1955), «К северу через северо-запад» (1959).
Парадоксально, но привлекательность Гранта и его популярность у противоположного пола росли с годами. Это позволило ему даже в 1960-е оставаться одним из самых высокооплачиваемых актёров Голливуда. Хотя он был женат пять раз, в Голливуде никогда не утихали спекуляции относительно его сексуальной ориентации. Ян Флеминг признавался, что Грант послужил одним из прототипов агента 007, однако играть его актёр отказался, ссылаясь на возраст.
Последними крупными фильмами Гранта был детектив «Шарада» (1963) с участием Одри Хепбёрн и римейк олимпийской комедии «Иди, а не беги» (1966). После их выхода на экраны Грант заявил о завершении своей кинокарьеры. В 1970 году Американская академия киноискусства запоздало присудила ему почетный «Оскар» за «необыкновенное мастерство с уважением и признательностью от коллег». В последние годы Грант жил уединенно, практически не давал интервью. Для разнообразия он решил устроить прощальный тур по городам Америки и умер от инсульта после одного из концертов.
Кэри Грант пять раз был женат. Его супругами были актрисы Вирджиния Черрилл, Бетси Дрейк, Дайан Кэннон, светская знаменитость Барбара Хаттон и Барбара Харрис. Несмотря на это был распространён слух о его гомосексуальных предпочтениях, в частности о романе с актёром Рэндольфом Скоттом.