Het gezin van Simone Signoret werd verscheurd tijdens de Tweede Wereldoorlog. Haar Franse, Joodse vader vluchtte naar Engeland en sloot er zich aan bij de Vrije Fransen van De Gaulle waarna Simone in Parijs haar uiterste best deed om haar moeder en haar andere kinderen te onderhouden tijdens de bezetting door het geven van privélessen Engels en te werken als typiste. Alain Resnais was een jeugdvriend die haar gaandeweg warm maakte voor de filmwereld. Zoals zovele actrices was ze eerst te zien als figurante maar groeide verder door tot ze in 1946 te zien was in hoofdrollen. Ze speelde zich voor het eerst echt in de kijker met Dédée d’Anvers (1948) en Manèges (1950), beide geregisseerd door Yves Allégret, haar latere echtgenoot. Met haar rol van een prostituee in La Ronde van Max Ophüls brak ze internationaal door. Signoret speelde regelmatig de rol van slet of een vrouw met liefdesverdriet zoals in Casque d’Or van Jacques Becker, Thérèse Raquin van Marcel Carné en natuurlijk Les Diaboliques van Henri Clouzot.

Nadat ze was gescheiden van Allégret trouwde ze in 1951 met acteur en zanger Yves Montand, de twee waren samen te zien in verschillende films. Simone Signoret maakte ook films buiten Frankrijk, zo won ze een Oscar voor haar rol in de Britse film Room at the Top. Andere vermeldenswaardige rollen waren die in Ship of Fools, Games en die van hoerenmadam Rosa in La Vie devant soi (1977). Voor die laatste rol kreeg ze overigens een César, de Franse tegenhanger van de Oscar.

Signoret was ook politiek actief met een uitgesproken sympathie voor de linkse strekking.

In 1977 werd haar autobiografie uitgebracht onder de titel Nostalgia Isn't What It Used to Be (originele titel: La Nostalgie n’est plus ce qu’elle était). Ze schreef haar memoires ook nog neer in Le Lendemain, cela était souriante? (1979) én ze schreef een boek met de titel Adieu, Volodia (1985).

Simone Signoret trouwde in 1948 met Yves Allegret, Catherine Allegret is hun dochter alhoewel ze geboren werd twee jaar voor hun huwelijk terwijl Yves eigenlijk nog getrouwd was, een buitenechtelijk kind zeg maar...

op 22 december 1951 huwde ze dan met Yves Montand. Het huwelijk hield stand tot aan haar dood, Simone Signoret stierf in Normandië aan de gevolgen van kanker. De Amerikaanse media waren altijd heel verwonderd over de nonchalante en volgend hen Europese manier waarop Signoret omging met het feit dat haar man een affaire had met sex-symbool Marilyn Monroe.