A Broadway színpadain egyre nagyobb hírnévnek örvendő fiatal színésznőt 1930-ban egy hollywoodi tehetségkutató fedezte fel, aki a hangosfilmek számára hajtott fel új színészeket. Először a Universal Pictureshez került, de később átigazolt a Warnerhez, ahol majdnem 20 év alatt Hollywood legmegbecsültebb színésznőjévé vált.
Sztárrá válásának útja lassú volt és rögös. A stúdió által kezdetben ráosztott szexbomba szerep sem ízlésének, sem alkatának nem felelt meg, s korai filmjeire visszatekintve, e figurákat „szellemtelen szőkéknek és butuska naiváknak” nevezte.
Az áttörést az 1934-ben készült Örök szolgaság hozta meg számára. Mildred a megkeseredett, de érzéki pincérnő alakjában Davis megtalálta a stílusához és képességeihez illő szerepet, és kiemelkedő alakításával igazolta főszerepekhez való rátermettségét. A filmben új nőtípust teremtett meg – a kemény, független, űzött, magányos asszony alakját.
A női közönség köreiben tapasztalható hatalmas népszerűségét a 30-as és 40-es években főleg annak köszönhette, hogy képes volt a női szerep látszólag ellentmondásban álló képzeteinek egyesítésére. Egyszerre testesítette meg a filmsztárt és a hétköznapi nőt.
Az 50-es, 60-as években tovább dolgozott, általában televíziós darabokban és alacsony költségvetésű filmekben. Igényes forgatókönyv híján azonban alakításaiból már hiányzott az árnyaltság. A Mi történt Baby Jane-nel?-ben bizonyítja, hogy ő tudja a legjobb Bette Davis-karikatúrát nyújtani a groteszknek és önzőnek láttatott agresszív, önző asszony szerepében. Megfogadta, hogy soha nem vonul vissza, és egészen haláláig dolgozott.
