New Yorkban látta meg a napvilágot Betty Joan Perske néven. Romániából bevándorolt anyja leánykori nevét, a Bacalt változtatta később Bacallra. Még kisgyermek volt, amikor szülei elváltak, de őt felkarolták jómódú rokonai, és előkelő magániskolákba járatták. A színésznői pályáról álmodozó, példaképének Bette Davist tartó lány 1941-ben iratkozott be az Amerikai Színművészeti Akadémiára, ahol Kirk Douglas osztálytársa lett. Közben dolgozott divatmodellként és színházi jegyszedőként is, a Broadwayn 1942-ben debütált. Ekkor már anyjával Greenwich Village-ben élt, ahol megnyerte a helyi szépségversenyt, majd 1943-ban a Harper’s Bazaar magazin is megkereste egy címlapfotó erejéig.
Howard Hawks rendező felesége a fotót meglátva nógatni kezdte férjét, hogy hívja el a lányt meghallgatásra készülő új filmjéhez, amelyben Humphrey Bogart volt a főszereplő. A hollywoodi találkozót követően az ifjú színésznő azonnal hétéves szerződést és heti 100 dollár fizetést kapott. Ezzel együtt beindult az álomgyár gépezete, nemcsak megjelenését, mozgását, de még hangját is megváltoztatták. Magasnak talált orrhangját egy beszédtanár közreműködésével rekedtes, búgó hanggá alakították. A képzés részeként ráadásul mindennap órákig Shakespeare-t kellett szavalnia. Ekkoriban változtatta nevét Laurenre. Az első filmfelvételei alatt az izgalomtól egész teste remegett, ennek leplezésére fejét a mellkasához szorítva, oldalról felfelé nézett a kamerába, miközben szőke haja az arcába hullt – ez a „végzet asszonya” pillantás aztán védjegyévé vált.
Kertész Mihály leghíresebb alkotása, a Casablanca bemutatója után két évvel, 1944-ben rendezte Howard Hawks a Szegények és gazdagok című háborús románcát. A noir elemekből is építkező film Hemingway azonos című regényén alapul, amelyet azonban Jules Furthman és William Faulkner gyakorlatilag a felismerhetetlenségig átírt. A Hawks által Bacallra osztott néhány soros szerepből a forgatás során, Bogart támogató segítségével végül főszerep lett. A két színész között a kezdetektől szikrázott a levegő, így nem csoda, hogy Bacall 1945-ben Bogart negyedik, egyben utolsó felesége lett. Még három filmet forgattak együtt: 1946-ban készült A hosszú álom, 1947-ben a Sötét átjáró, majd egy évvel később a Key Largo. Bogart élete végéig odaadó szerelemmel csüngött a nála 25 évvel fiatalabb színésznőn, bár Hawks szerint valójában a filmvásznon látott asszonyba lett szerelmes, ezért Bacallnak e nő bőrébe bújva kellett élnie. A házasságból egy fiú és egy lány született. A színésznő 1961-ben, Bogart halála után négy évvel ment férjhez Jason Robards színészhez, aki harmadik gyermekének apja lett. Ez a házasság 1969-ben ért véget.
Bacall minden köntörfalazás nélkül kimondta, ami a szívét nyomta, és ezért soha nem kért elnézést. A Hollywoodban érinthetetlennek számító Bogart mellett révbe ért, csak olyan szerepet fogadott el, amelyet tehetségéhez méltónak ítélt, ezért sokan a filmes szakmában nehéz esetnek tartották. Mindazonáltal komolyan vette a színészmesterséget, rengeteg energiát fektetett a szerepeibe.
Több mint 50 filmben játszott, köztük A trombitás fiatalemberben Kirk Douglas szerelmét alakította (1950), a Hogyan fogjunk milliomost címűben (1953) Marilyn Monroe és Betty Grable volt a partnere, a Formatervezett nő című romantikus vígjátékban (1957) Gregory Peckkel civódott szerelmesen, majd 1974-ben a parádés szereposztású Gyilkosság az Orient expresszen következett. Bár mindenben ellentétei voltak egymásnak, John Wayne egyik legjobb barátja lett, amikor a westernfilmek legnagyobb sztárja 1976-ban utolsó filmjét, A mesterlövészt forgatta.
Lauren Bacall 1993-ban Cecil B. DeMille filmes életműdíjat kapott, 1997-ben a Tükröm, tükröm... című Barbra Streisand-filmben nyújtott alakításáért Golden Globe-díjat vehetett át a legjobb női mellékszereplő kategóriában. Esélyes volt az Oscar-díjra is, de azt az abban az évben taroló Az angol betegben remeklő Juliette Binoche elvitte előle. Végül 2009-ben Oscar-életműdíjat vehetett át mint Hollywood aranykorának egyik legmeghatározóbb színésznője.
Nem lett hűtlen a színpadhoz sem: 1965-ben A kaktusz virága című komédiában játszotta a női főszerepet. 1970-ben kapta első Tony-díját az Applause című musical főszerepéért (a darabban meghódította a londoni West End közönségét is), majd egy újabbat 1981-ben Az év asszonya (The Woman of the Year) főszerepéért. Eljátszotta Tennessee Williams Az ifjúság édes madara (1985) és Dürrenmatt Az öreg hölgy látogatása (1995) című darabjának főszerepét is.
Idős korában sem hagyott fel a filmezéssel, olyan, mára klasszikussá vált alkotásokban állt kamera elé, mint a Stephen King regényéből készült 1990-es Tortúra, Robert Altman 1994-es Divatdiktátorok című filmje vagy a Lars von Trier rendezte 2003-as Dogville. 2006-ban saját magát alakította a Maffiózók egyik epizódjában. Három önéletrajzot is írt, 1991 óta csillaga díszíti a hollywoodi Hírességek sétányát. 1997-ben megkapta a Kennedy Center díját, két évvel később az Amerikai Filmintézet a filmvilág legendás filmszínésznőinek 25-ös listáján a 20. helyre sorolta.
Nem sokkal 90. születésnapja előtt, 2014. augusztus 12-én hunyt el New Yorkban. Hagyatéka 3,64 millió dollárért, a Central Park melletti luxuslakása 21 millió dollárért kelt el 2015-ben.
