Szülei tősgyökeres nagykőrösiek, bár Budapesten született, ő maga ezt a várost tartotta szülőhelyének. Előadói pályája a Király Színházban kezdődött, majd a bécsi Volksoperben és Staatsoperben lépett fel egyre nagyobb szerepekben.
1938-tól Ilona Massey néven a Metro-Goldwyn-Mayer, a United Artists és egyéb neves amerikai filmvállalatok produkcióiban szerepelt több mint tíz éven keresztül, közel 25 filmben.
A Rosalie című filmben mutatkozott be a közönségnek, amely egy kollégiumi futballsztár és egy inkognitóban lévő balkáni hercegnő kalandjairól szól. Második filmje, a zenés Balalajka hozta meg számára a nagy sikert, amelyet 1939-ben forgattak és Magyarországon is bemutattak. Kém- és rémfilmekben is feltűnt, ilyen például az 1941-ben forgatott Nemzetközi hölgy, valamint a két ismert rém találkozását bemutató Frankenstein találkozik a Farkasemberrel, amely 1943-ban készült, partnere Lugosi Béla volt. A háborút követően több B kategóriás filmben játszott, az 1949-ben készült Szerelmi boldogságban a Marx fivérek, valamint Marilyn Monroe partnere volt.
1952-től csupán a televízióban szerepelt show-műsoraival. 1956-ban a forradalom pártján állt, az amerikai elnöknek petíciót adott át.
1974-es halálát követően amerikai férje édesapja sírjára szórta hamvait a kőrösi református temetőben. A Magyar Hollywood Tanács és Nagykőrös önkormányzata a helyi Möggyfesztivál keretében avatta fel Hajmássy Ilona emléktábláját.
