Ann Blyth was pas vijf toen ze haar debuut maakte op de radio. Ze zong in de periode dat ze op de New Yorkse Children’s Professional School zat maar liefst drie seizoenen als sopraan bij de San Carlos Opera Company. Blythe studeerde ook aan de New Wayburn's Dramatic School.

Op 13-jarige leeftijd was ze als dochter van Paul Lukas te zien op Broadway in het stuk Watch on the Rhine. Toen ze twee jaar later op tournee was met een Broadway-show en hierbij Los Angeles aandeed werd haar talent gespot en tekende ze een contract in Hollywood. Gelet op haar leeftijd werd ze voornamelijk gecast als jong meisje. Haar rol in het melodrama Mildred Pierce als dochter van Joan Crawford leverde haar een Oscarnominatie op.

In 1945 brak ze haar rug en was hierdoor een jaar buiten strijd. Toen ze de draad weer opnam ging ze resoluut voor dramatische rollen: die van het onschuldige meisje dat voor moord ter dood veroordeeld wordt in Thunder on The Hill bijvoorbeeld of, nog beter zelfs, Another Part of the Forest (1948).

MGM was zo onder de indruk van haar rol als Dorothy Caruso in The Great Caruso dat men haar prompt een contract aanbood. Het bleef niet bij die ene musical natuurlijk dus er volgden er nog, The Student Prince bijvoorbeeld. Het spreekt voor zich dat haar voortreffelijk getrainde stem hierbij een bijzondere troef was.

Andere films het vermelden waard zijn de autobiografische films The Helen Morgan Story waarin zij in de titelrol te zien was als smartlap-zangeres en The Buster Keaton Story waar ze de grote liefde van de komiek vertolkte. De titelrol werd vertolkt door Donald O'Connor, een gewezen danspartner uit de tijd dat ze nog een tiener was.

Ann Blyth was ook te zien op televisie, onder andere in een aantal commercials voor Hostess Cupcakes.

Het was heel verrassend dat Ann Blyth toen ze pas 29 was al stopte met het maken van langspeelfilms en gewoon… huisvrouw werd. Ze bleef enkel nog actief op de planken, in een opera- of musical-productie.

Ann Blyth trouwde in 1953 met James McNulty, ze kregen vier kinderen: Timothy, Maureen, Kathleen en Terrence.