Мирна Лой (урождённая Мирна Адель Уильямс) родилась 2 августа 1905 года в маленьком городе Радерсбург, штат Монтана. Детство Мирны прошло на ранчо отца. Несколько позже ее семья переехала в город Хелена. Здесь Мирна в возрасте двенадцати лет дебютировала на сцене театра, исполнив танец в постановке «Синяя птица». В ноябре 1918 года семья Мирны вновь переехала, уже в Лос-Анджелес. К пятнадцати годам Мирна начала появляться в небольших ролях в местных театральных постановках.
В 1923 году Мирна закончила школу. После учебы она работает танцовщицей в кинотеатре Egyptian Movie House: в эпоху немого кино перед началом сеанса танцоры нередко разыгрывали сцену из предстоящего фильма.
Однажды во время очередного выступления на девушку обратила внимание Наташа Рамбова, вторая жена Рудольфа Валентино. Она организовала для Мирны кинопробы, которые та провалила. Но, тем не менее, в 1925 году по протекции Наташи Мирна дебютировала на киноэкране в немом фильме «Какова цена красоты?». После этой картины актрисе, которая к тому времени взяла псевдоним, был предложен контракт сроком на семь лет с гонораром в 75 долларов в неделю.
В 1926 году Мирна исполнила свою первую заметную роль в приключенческом фильме «По Тихому океану». Последующие восемь лет актриса активно снимается, появившись в нескольких десятках фильмов. Она играет в основном роли роковых, восточных или экзотических женщин. Долгое время Мирна не могла выйти за рамки этого амплуа.
Первая значительная популярность пришла к актрисе в 1934 году после двух важных в её карьере картин: «Манхеттенская мелодрама» с Кларком Гейблом и Уильямом Пауэллом и детективной комедии «Тонкий человек» по роману Дашиэлла Хаммета, где её партнером вновь оказался Пауэлл. Вторая работа оказалась поворотной в карьере актрисы — зрители с восторгом приняли этот остроумный и лёгкий фильм и полюбили его главных героев.
В 1937 году в пятидесяти трёх американских газетах был проведён опрос общественного мнения, по результатам которого Кларк Гейбл и Мирна Лой были признаны Королем и Королевой Голливуда.
После начала Второй мировой войны актриса стала одной из активисток движения по сбору средств на военные нужды и в помощь Красному кресту. Мирна настолько яростно обличала Гитлера, что была удостоена чести попасть в его черный список.
Мирна Лой прожила долгую жизнь и скончалась 14 декабря 1993 года в Нью-Йорке в возрасте 88 лет.