Mary Isobel Catherine Bernadette O’Brien zenét szerető ír családban született 1939. április 16-án Londonban. Sokféle műfajt kedvelt a klasszikusoktól a jazzig, George Gershwin és a Rodgers and Hart szerzőpáros ugyanúgy a kedvencei közé tartoztak, mint Peggy Lee vagy Jo Stafford énekesnők, akiket annyira csodált, hogy eldöntötte, hozzájuk fog hasonlítani. A Dusty (Poros) becenevet még kiskorában ragasztották rá, mert örökké a fiúkkal játszott, focizott, a port le sem lehetett vakarni róla.
Az iskola befejezése után bátyjával – aki szintén sikeres zenei pályát futott be – kezdett zenélni, előbb csak szülei garázsában, majd a helyi klubokban énekelt. 1958-ban jelentkezett a Lana Sisters együttes hirdetésére harmadik énekesnek. Felvették, megváltoztatta a nevét, elhagyta a szemüvegét, levágatta a haját, egyedi stílusú konttyal és csak rá jellemző erőteljes sminkkel kísérletezett.
1960-ban bátyjával, valamint Reshad Feilddel megalapították a The Springfields elnevezésű folk-pop triót. Stílusuk megelőlegezte a Beatles-hangzást, amely pár évvel később megőrjítette a világot. Folkos slágereik, az Island of Dreams vagy a Say I Won’t Be There felkerültek a brit slágerlisták első öt helyére. Még Amerikában is felfigyeltek a Silver Threads & Golden Needles című dalukra.
A triót 1963-ban hagyta ott, és szólókarrierbe kezdett. Első dala, az I Only Want to Be With You a szigetországban a slágerlisták negyedik helyéig tört, az Egyesült Államokban tíz hetet töltött a Billboard sikerlistáján és a tizenkettedik helyig jutott. Első önálló lemezét 1964-ben dobta piacra A Girl Called Dusty címmel, olyan slágerekkel, mint a Mama Said vagy a You Don’t Own Me. 1964-ben az I Just Don’t Know What to Do with Myself Nagy-Britanniában a harmadik helyre került a tízes listán, pedig már tombolt a Beatles-mánia. A megrendítően érzékeny dal stílusával, kidolgozottságával és szenvedélyével megelőlegezte az énekesnő későbbi slágereit. 1966-ban karrierjének egyik csúcspontja volt a You Don’t Have to Say You Love Me című száma, amelyért rajongtak a kritikusok. „Olyan tökéletes, mint bármi Aretha Franklintől, Sinatrától vagy Pavarottitól” – írták. Springfieldet kifinomultan fátyolos, de erőteljes, szenvedélytől izzó hangja generációk kedvencévé tette.
Burt Bacharach és Hal David The Look of Love című filmdala az ő előadásában 1967-ben Oscar-jelölést kapott a Casino Royale című filmben. 1968-ban jutott a csúcsra a Dusty in Memphis című albumával, amelyen egyéni stílusban keveredtek a pop és soul elemei, és amelyen a legendás zenei producerrel, az Aretha Franklin és Ray Charles albumait is gondozó Jerry Wexlerrel dolgozott. A lemez legismertebb dala a Son of a Preacher Man volt, amely a brit és az amerikai slágerlistán is a legjobb tíz közé került. Két és fél évtizeddel később, 1994-ben újra a figyelem középpontjába került Quentin Tarantino Ponyvaregény című filmjének zenéjeként. Az album 2001-ben bekerült a Grammy Hall of Fame gyűjteményébe, 2020-ban pedig az amerikai Kongresszusi Könyvtár archívumába, ahová olyan felvételek kerülhetnek be, amelyeknek megőrzését kulturális, történelmi vagy esztétikai szempontból kiemelkedően fontosnak ítélik meg.
Az énekesnő zenei karrierje az 1970–80-as évtizedekben egyenetlen volt, ami drogproblémájából és magánéleti viharaiból is fakadt. Lemezei hosszú időre eltűntek a listákról, és a koncerteken is ritka vendég volt. Egyre több időt töltött az Egyesült Államokban, korábbi szigetországbeli sikereit azonban nem tudta megismételni. Énekelt Elton John lemezein, de elvállalta tévésorozatok és filmek betétdalait, kísérőzenéjét is. A nagy visszatérést 1987 hozta el számára, amikor a Pet Shop Boys felkérte egy közös dalra (What Have I Done to Deserve This?), amely az Egyesült Királyságban és Amerikában is a második helyig jutott a slágerlistákon, a következő évben pedig a Botrány című film egy dalán (Nothing Has Been Proved) dolgozott újra a popduóval.
Az 1990-es évek elején tért vissza Angliába, ahol 1995-ben kiadta utolsó stúdióalbumát Very Fine Love címmel. Még ugyanebben az évben mellrákot diagnosztizáltak nála. Hosszas kezeléssel sikerült állapotát stabilizálni, ám betegsége 1996-ban kiújult, és elhatalmasodott rajta. 59 évesen, 1999. március 2-án halt meg a Londontól 45 kilométerre nyugatra fekvő Henley-on-Thames-i otthonában.
Életművéért nem sokkal halála előtt megkapta a Brit Birodalom Rendjének tiszti fokozatát (OBE), közvetlenül elhunyta után az Egyesült Államokban beiktatták a Rock and Roll Hírességek Csarnokába. 2006-ban bekerült az Egyesült Királyság zenei halhatatlanjai közé is. A kollégái által is a legnagyobbak között tisztelt Springfieldet tavaly a Rolling Stone magazin minden idők legjobb énekeseinek kétszázas listáján a 35. helyre sorolta.
