Cyd Charisse studia danza classica e, ancora giovanissima, è étoile nelle ultime tournée dei Balletti russi. Arrivata a Hollywood nel 1943 si presenta con lo pseudonimo di Lily Nordwood, prima di apparire in ruoli minori in film come Nasce una stella (1944) e Ziegfeld Follies (1945). Dopo il matrimonio con il cantante ‘crooner’ Tony Martin, con cui costituisce una delle coppie più solide di Hollywood, la Mgm continua a offrirle solo parti di contorno in film musicali come La matadora (1947), Su di un’isola con te e Parole e musica (1948). Deve aspettare Cantando sotto la pioggia (1952), in cui è la `femmina fatale’ protagonista della sequenza del sogno, per emergere appieno e imporsi come star. Negli anni ’50 contribuisce all’epoca d’oro del genere musicale in film come Spettacolo di varietà (1953), Brigadoon (1955), È sempre bel tempo (1955), La bella di Mosca (1957), pellicole in cui è partner di grande eleganza di Gene Kelly e Fred Astaire e interprete ideale delle coreografie di Michael Kidd. Anche se dotata di una voce gradevole e intonatissima, viene spesso doppiata nelle parti cantate da professioniste della canzone, più di frequente da Marion Doeges, Eileen Wilson, India Adams e Carol Richards; ciò nonostante ha al proprio attivo varie incisioni discografiche. Quando abbandona il musical con Black Tights (1962) si rivela attrice drammatica di notevole talento in Due settimane in un’altra città (1962). Negli anni seguenti è talora a fianco del marito in esibizioni dal vivo e alla televisione. Nel 1976 pubblica il libro autobiografico, scritto a quattro mani col marito, The Two of Us .