Мария Гвадалупе Вильялобос Велес (исп. Mar?a Guadalupe Villalobos V?lez) родилась в мексиканском городе Сан-Луис-Потоси 18 июля 1908(19080718) года в семье армейского офицера и оперной певицы. Образование она получила в монастырской католической школе в Техасе, а после её окончания вернулась в Мексику, где в 1924 году дебютировала в качестве танцовщицы в одном из театров Мехико. Её отец запретил ей использовать его фамилию в качестве её артистического псевдонима, и она взяла себе девичью фамилию матери, став Лупе Велес. Вскоре она вновь вернулась в США, где поселилась в Калифорнии и стала выступать в водевилях. Там её заметила легендарная комедиантка Фанни Брайс, которая во много помогла дальнейшему развитию её карьеры.
Её кинодебют состоялся в 1927 году в немом фильме «Гаучо» с Дугласом Фэрбенксом в главной роли. Год спустя она стала одной из тринадцати молодых актрис в списке WAMPAS Baby Stars, которым прочили звёздное будущее. В её первых работах в кино ей в основном доставались этнические роли — испанцы, французы, русские.
Одни из первых своих главных ролей она исполнила в фильмах «Леди с тротуара» и «Тигровая роза» в 1929 году. Далее последовали новые работы в кино, где она снималась с Кларой Боу и Гэри Купером. В начале 1930-х годов Велес была особенно популярна в кинокомедиях, среди которых «Голливудская вечеринка» и «Палука», оба снятых в 1934 году.
К тому времени Лупе Велес было уже за 30, но крупной кинозвездой она так и не стала. Разочаровавшись в кинокарьере, она покинула Голливуд и отправилась в Нью-Йорк, где состоялся её бродвейский дебют. Там она выступила всего в одной постановке, после чего пыталась найти работу в кино в других странах, но, не добившись в этом успеха, опять вернулась в Голливуд в 1939 году.
В том же году она появилась в главной роли в комедии «Девушка из Мексики», который получил большую популярность. После этого «RKO», студия снявшая фильм, пригласила Лупе Велес на роли ещё в серии подобных «мексиканских» комедий, который также были хорошо приняты публикой. Успех этих лент сделал Велес довольно популярной в Голливуде, и в последующие годы она много снималась не только на «RKO», но и «Universal Pictures» и «Columbia Pictures». В 1943 году она на некоторое время вернулась в Мексику, где появилась в двух кинокартинах, которые были хорошо приняты местной аудиторией.
Благодаря своей притягательной внешности, Лупе была заметной красоткой в Голливуде и крутила романы с такими звёздами как Гэри Купер, Чарли Чаплин, Эррол Флинн и Джон Гилберт. Замужем она была однажды — с 1933 по 1938 год за пятикратный олимпийским чемпионом по плаванию Джонни Вайсмюллером, который известен также по исполнению роли Тарзана в классических голливудких фильмах.
В начале 1940-х годов у неё начался роман с молодым актёром Гарольдом Марэшом, от которого в итоге она забеременела. Будучи воспитанной в строгих католических традициях она не согласилась сделать аборт и, побоявшись стать опозоренной, из-за рождения незаконного ребёнка, решила покончить с собой. 13 декабря 1944 года она провела вечер в ресторане со своей давней подругой, актрисой Эстель Тейлор, после чего вернулась домой и приняла чрезмерную дозу снотворного. В своей предсмертной записке она написала: «Гарольду: Бог простит тебя и простит меня тоже; я предпочитаю уйти из жизни с нашим младенцем, прежде чем я принесу его со стыдом в этот мир. Лупе.» По сообщению её секретаря Белы Киндер, актриса была найдена мёртвой в своей постели.
Данная новость долго не сходила с полос газет из-за слухов, окружавших неожиданную смерть актрисы. В разных источниках утверждалось, что Лупе Велес была найдена мёртвой в туалете, с головой, опущенной в унитаз, видимо из-за тошноты, вызванной передозировкой. Также писали, что Велес, будучи уже в бессознательном состоянии из-за таблеток, споткнулась, упала головой в унитаз и захлебнулась.
Многие скептики высказывали и своё мнение относительно её смерти. Было известно, что на протяжении всей своей жизни актриса часто страдала от беспричинного волнения и депрессий. Соответственно появилось предположение, что у Велес было психическое расстройство, которое без лечения в конечном итоге привело к самоубийству. В конце концов, Лупе Велес была известна своим довольно откровенным поведением, а также многочисленными романами, на основании чего кажется маловероятным факт о её боязни родить незаконного ребёнка.
Лупе Велес была похоронена в Мехико в ротонде выдающихся лиц страны. За свой вклад в кино актриса удостоена звезды на Голливудской аллее славы.