ตั้งแต่เด็ก เกรซก็มีเค้าลางว่าจะได้ทำงานในสายอาชีพการแสดง เกรซได้เป็นนางแบบเดินแฟชั่นในงานสังคมสาธารณะกุศลร่วมกับแม่และพี่สาว การแสดงครั้งแรกของเกรซมีขึ้นเมื่อเธอมีอายุเพียง 12 ขวบโดยการแสดงละครเรื่องหนึ่ง ในระหว่างการเรียนชั้นมัธยมปลาย เกรซได้แสดงทั้งละครและระบำ ในหนังสือรุ่น เพื่อน ๆ เธอเขียนทำนายไว้ว่าเธอจะได้เป็น “ดาราที่มีชื่อเสียงทั้งในจอเงินและทางวิทยุ”

เมื่อจบชั้นมัธยมปลาย เกรซตัดสินใจมุ่งสู่อาชีพการแสดง และได้เข้าศึกษาใน สถาบันศิลปะการแสดงอเมริกันในนิวยอร์ก ซึ่งเป็นสถานศึกษาที่ได้ผลิตดาราที่มีชื่อเสียงในวงการมาแล้วหลายคน เช่น แคทารีน เฮปเบิร์นและสเปนเซอร์ เทรซีเป็นต้น เกรซหารายได้มาจุนเจือค่าเล่าเรียนจากเป็นนางแบบ ระหว่างการศึกษา เกรซเป็นนักศึกษาที่ขยันมาก ใช้เครื่องอัดเสียงมาช่วยในการฝึกพูดจนได้ถึงขั้นสมบูรณ์แบบ เธอได้เริ่มงานแสดงละครบรอดเวย์เป็นครั้งปฐมฤกษ์ และเมื่ออายุ 19 ปี เกรซจบการศึกษาด้วยการแสดงละครเรื่อง “เดอะฟิลาเดลเฟียสตอรี” ซึ่งเป็นเรื่องเดียวกับภาพยนตร์เรื่องสุดท้ายในชีวิตการแสดงภาพยนตร์ของเธอ

ต่อมาเกรซได้เข้าสู่วงการโทรทัศน์และประสบความสำเร็จซึ่งนำไปสู่วงการจอเงินเป็นครั้งแรกโดยการเป็นตัวแสดงประกอบในภาพยนตร์เรื่อง “14 ชั่วโมง” (พ.ศ. 2494) เมื่ออายุ 22 ปี ภาพยนตร์เรื่องนี้เองที่ทำให้เกรซได้รับข้อเสนอมากหลายรายแต่เธอก็ปฏิเสธด้วยเกรงว่าจะขาดอิสรภาพในวงการละคร

แต่อย่างไรก็ดี เมื่อเกรซได้รับโทรเลขจากผู้กำกับภาพยนตร์ฮอลลีวูดให้มาแสดงนำคู่กับแกรี คูเปอร์ ในเรื่อง “ไฮนูน” ซึ่งได้แม้จะได้รับรางวัลออสการ์ 2 ถึงรางวัล แต่เกรซก็ยังไม่พอใจและสมัครเข้ารับการฝึกจากครูฝึกสอนการแสดง ซึ่งมีผลให้ได้รับบทบาทเป็นผู้แสดงประกอบในภาพยนตร์ที่แสดงโดยคล๊าก เกเบิลและเอวา การ์ดเนอร์ในเรื่อง “โมแกมโบ” พ.ศ. 2496 ที่ถ่ายทำในป่าประเทศเคนยา การฝึกฝนต่อดังกล่าว มีผลให้เกรซได้รับการเสนอชื่อเข้าชิงรางวัลออสการ์ส่งให้เกรซขึ้นชั้นในระดับดารา

ผู้กำกับชื่อดังคือ อัลเฟรด ฮิชค็อก ได้ให้เกรซสวมบทบาทนางเอกในภาพยนตร์ประเภทลึกลับตื่นเต้นหลายเรื่อง รวมทั้งเรื่อง “เรียร์ วินโดว์” คู่กับเจมส์ สจ๊วตซึ่งทำให้เกรซเป็นที่เลื่องลือไปทั่วประเทศ ฮิชค็อกได้ให้เกรซแสดงอีกหลายเรื่องจนที่เป็นที่รู้จักไปทั่วโลก ในปี พ.ศ. 2498 เคลลีได้รับรางวัลอะแคเดมีในฐานะนักแสดงยอดเยี่ยมในเรื่อง “เด็กบ้านนอก” (The Country Girl)

เรื่องสุดท้ายที่เกรซนำแสดงได้แก่เรื่อง “สังคมชั้นสูง” (High Society –พ.ศ. 2499) ภาพยนตร์เพลงที่ดัดแปลงจากเรื่อง “เดอะฟิลาเดลเฟียสตอรี” ซึ่งเป็นเรื่องเดียวกับเรื่องที่เกรซใช้แสดงเพื่อจบการศึกษาดังกล่าวในตอนต้น

แม้ชีวิตการเป็นนักแสดงภาพยนตร์ของเกรซ เคลลีจะมีช่วงเวลาเพียง 5 ปี และแสดงไปเพียง 11 เรื่อง ความสวยและเสน่ห์ของเกรซได้ประทับลงไปในความทรงจำของคนอมเริกันและนักชมภาพยนตร์ในยุคนั้นอย่างไม่มีวันลืมเลือน