Дочь массачусетского адвоката, она с детства мечтала стать актрисой. Первым шагом к славе стало для неё покорение Бродвея. Кинодебют Дейвис состоялся в 1931 году. В следующем году она исполнила свою первую крупную роль — в картине «Человек, который играл бога». На протяжении следующих двух лет в её репертуаре преобладали традиционные для Голливуда тех лет роли роковых соблазнительниц.
Прорыв Дэвис на новый уровень актёрского мастерства случился в 1934 году, когда она исполнила главную роль в киноверсии романа Сомерсета Моэма «Бремя страстей человеческих». Более психологически сложной роли ещё не выпадало ни одной голливудской кинозвезде. Хотя с высоты сегодняшнего дня работа Дэвис в этом фильме кажется одним из её крупнейших свершений, соперничество между студиями привело к тому, что она даже не была выдвинута за неё на «Оскар».
Получив наконец самую престижную награду американской киноиндустрии за роль алкоголички в фильме «Опасная» (1935), Дэвис вступила в полосу судебных баталий со своей студией, «Warner Bros». Она требовала большей самостоятельности при выборе киноролей и, чтобы подтвердить серьёзность своих намерений, на некоторое время покинула Голливуд и уехала в Лондон.
Хотя победительницей в споре оказалась студия, Дэвис была предоставлена свобода исполнять её коронные партии. По определению БСЭ, это были роли «сильных, властных женщин, стремящихся любой ценой, пренебрегая мнением общества, законами морали, добиться своей цели». Такова южная красавица в «Иезавели» (1939), во многом спорной картине, за которую Дэвис выиграла свой второй «Оскар». Эта роль была в известной степени утешением за то, что из-за межстудийных договоренностей знаменитой актрисе было не суждено сыграть в «Унесённых ветром».
В сороковые годы Дэвис оставалась одной из самых известных и уважаемых киноактрис мира. В 1939 г. она сыграла вместе с Эрролом Флинном и Оливией де Хэвилленд в своем первом цветном фильме — «Частной жизни Елизаветы и Эссекса». Ещё более успешной в прокате была её следующая картина, «Все это и небо в придачу» (1940). На студии «Warner Bros.» она пользовалась таким авторитетом, что её шутливо называли «четвёртым братом Уорнером». Кроме того, в январе 1941 года она была избрана президентом Американской академии киноискусства.
По мере того как актриса приближалась к сорокалетнему возрасту, ей становилось все сложнее выдерживать конкуренцию молодых старлеток. Критики начали жаловаться на то, что Дэвис оказалась в плену наработанных годами жеманных поз и жестов. В 1943 году её второй муж умер при загадочных обстоятельствах. Два года спустя Дэвис вышла замуж за художника Уильяма Шерри, и вскоре у них родилась дочь.
В 1950 году актриса сыграла в одном из самых ярких фильмов классического Голливуда — «Все о Еве». Многие из произнесённых ею строчек разошлись на цитаты, а сама картина была номинирована на 14 «Оскаров» и принесла Дейвис приз Каннского кинофестиваля. На волне успеха Дэвис разошлась с Шерри и вышла замуж за своего партнёра по фильму, Гари Меррила, однако и этот союз нельзя было назвать счастливым.
Практически все последующие фильмы Дэвис не имели успеха. В 1961 году она была вынуждена дать газетное объявление о поиске работы и охотно согласилась поработать с Джоан Кроуфорд в фильме ужасов «Что случилось с Бэби Джейн?», в котором они играли двух стареющих кинозвезд. Выдвижение Дэвис на «Оскар» за роль в этом фильме привело к размолвке с Кроуфорд. Не складывались у неё отношения и со звездами молодого поколения: их она обвиняла в отсутствии должной выучки и профессионализма. В 1962 году Дэвис выпустила книгу мемуаров. Как и многие её интервью, книга отличалась редкой откровенностью.
В 1960-е годы актриса попыталась вернуться на Бродвей, но без особого успеха. Ей постоянно нездоровилось, однако она продолжала сниматься в фильмах, например, в экранизации романа Агаты Кристи «Смерть на Ниле» (1978). В 1979 году ей была присуждена премия «Эмми», а за год до этого она стала первой женщиной, получившей почетную награду Американского института кино.
В 1983 году, после съемки экспериментального эпизода для телесериала «Отель», Дэвис был поставлен диагноз рак молочной железы и назначена мастэктомия. В течение двух недель после хирургии она перенесла четыре инсульта, которые вызвали паралич в правой стороне её лица и в её левой руке, став также причиной нечленораздельной речи. Дэвис начала длинный период физиотерапии, частично избавившись от паралича.
В течение 1988 и 1989 года, Дэвис чествовали за её карьерные достижения: она была удостоена Ордена Почётного легиона во Франции, премии Кампионе-д’Италия в Италии и награды киносообщества за заслуги в Линкольн-центре. В 1989 году у актрисы вновь был диагностирован рак. Поправив здоровье, к концу лета актриса отправилась в Испанию, где была удостоена премии на кинофестивале в Сан-Себастьяне, но во время время этой поездки её здоровье стало быстро ухудшаться. Будучи слишком слабой, чтобы совершить перелёт в США, она отправилась во Францию, где 6 октября 1989 умерла в американской клинике в городе Нёйи-сюр-Сен.