το να ακολουθήσει το όνειρό της να γίνει ηθοποιός. Κατά συνέπεια απαγγέλοντας ένα μονόλογο από το θεατρική παράσταση The Torch-Bearers, που είχε συγγράψει ο θείος της Τζόρτζ, κατάφερε να μπει στην Αμερικανική ακαδημία των δραματικών τεχνών. Η Κέλι δούλεψε ως μοντέλο για να συντηρήσει τις σπουδές της και εμφανίστηκε για πρώτη φορά στο Μπρόντγουεϊ στο πλευρό του Ρέιμοντ Μάσεϊ στο θεατρικό του Στρίντμπεργκ , Ο Πατέρας.
Μετά την αποφοίτησή της το 1948 ο σκηνοθέτης Ντέλμπερτ Μαν την προσέλαβε για τον πρωταγωνιστικό ρόλο στην τηλεοπτική μεταφορά του μυθιστορήματος του Σίνκλερ Λιούις Μπέθελ Μέριντεϊ.
Η επιτυχία αυτής της παραγωγής για την τηλεόραση, που ότι είχε αρχίσει να μπαίνει πλέον στη ζωή των αμερικανών, την οδήγησε στον πρώτο κινηματογραφικό της ρόλο στην ταινία Δεκατέσσερεις ώρες αγωνίας (Fourteen Hours, 1951).
Ο ρόλος αυτός ήταν μικρός και η Γκρέις πέρασε απαρατήρητη με αποτέλεσμα να μην έχει άλλες προσφορές για κινηματογραφικούς ρόλους για κάμποσο καιρό.
Ένα χρόνο αργότερα επικοινώνησε μαζί της ο παραγωγός κι αργότερα σκηνοθέτης Στάνλεϊ Κρέιμερ, ο οποίος της προσέφερε ένα ρόλο στο πλάι του Γκάρι Κούπερ στην ταινία Το τρένο θα σφυρίξει τρεις φορές (High Noon, 1952), που επρόκειτο να σκηνοθετήσει ο Φρεντ Τσίνεμαν.
Η ταινία είχε μεγάλη επιτυχία και της χάρισε μεγάλη δημοτικότητα. Επόμενός της στόχος ήταν η οντισιόν για την ταινία του Τζον Φορντ, Μογκάμπο, όπου θα πρωταγωνιστούσε πλάι στον Κλαρκ Γκέιμπλ και την Άβα Γκάρντνερ. Η Τζιν Τίρνεϊ που είχε προσληφθεί αρχικά αποφάσισε να αφήσει το ρόλο λόγω της ψυχολογικής αστάθειας που την ταλαιπωρούσε εκείνη την περίοδο. Η οντισιόν της Κέλι ήταν επιτυχημένη και ο ρόλος ήταν δικός της. Δυο μήνες αργότερα το συνεργείο και οι συντελεστές της ταινίας βρέθηκαν στη Ναϊρόμπι της Κένυα για να ξεκινήσουν τα γυρίσματα. Το γεγονός ότι η ταινία γυριζόταν στην Αφρική αποτελούσε μεγάλο δέλεαρ για την Γκρέις.
Η ταινία προβλήθηκε το 1953 και η Κέλι που είχε πλέον γίνει σταρ προτάθηκε για όσκαρ Β' γυναικείου ρόλου.
Η επιτυχία ακολούθησε όταν το 1954 πρωταγωνίστησε στη μεταφορά του θεατρικού του Φρέντρικ Νοτ Τηλεφωνήσατε ασφάλεια αμέσου δράσεως (Dial M for Murder, 1954) με σκηνοθέτη τον Άλφρεντ Χίτσκοκ. Κατά τη διάρκεια των γυρισμάτων ο Χίτσκοκ της μιλούσε συνέχεια για την επόμενή του ταινία με τίτλο Σιωπηλός μάρτυς (Rear Window), εντυπωσιάζοντάς την σε τέτοιο βαθμό, ώστε να αρνηθεί την ευκαιρία να πρωταγωνιστήσει στο πλευρό του Μάρλον Μπράντο στην ταινία του Ηλία Καζάν Το λιμάνι της αγωνίας (On The Waterfront, 1954). Ο Χίτσκοκ προσέλαβε την Κέλι για το Σιωπηλός μάρτυς κι η Έυα Μαρί Σεντ ερμήνευσε το ρόλο της Ίντι στο πλευρό του Μπράντο. Ο Τζέιμς Στιούαρτ, συμπρωταγωνιστής της στην ταινία Σιωπηλός μάρτυς, ενθουσιάστηκε με την ερμηνεία της.
Το φιλμ έκανε πρεμιέρα τον Οκτώβριο του 1954 κι η Κέλι έλαβε διθυραμβικές κριτικές. Κατά τη διάρκεια του 1954 γύρισε άλλες δυο ταινίες και τις δυο με συμπρωταγωνιστή τον Γουίλιαμ Χόλντεν. Η πρώτη ήταν το Οι γέφυρες του Τόκο-Ρι (The Bridges at Toko-Ri) και η δεύτερη ήταν Η χωριατοπούλα (The Country Girl), βασισμένη στο ομώνυμο θεατρικό δράμα του Κλίφορντ Όντετς. Εκτός από τον Χόλντεν στην ταινία πρωταγωνιστούσε και ο Μπινγκ Κρόσμπι στο ρόλο του αλκοολικού της συζύγου. Η Κέλι δεν ήταν η πρώτη επιλογή για το ρόλο. Πρώτη επιλογή ήταν η Τζένιφερ Τζόουνς που αναγκάστηκε να τον απορρίψει λόγω εγκυμοσύνης.
Η Metro-Goldwyn-Mayer που έπρεπε να τη δανείσει στην εταιρία Paramount δεν της επέτρεπε να αναλάβει το ρόλο. Όταν όμως η Κέλι απείλησε να μαζέψει τα πράγματά της και να σπάσει το συμβόλαιό της με την εταιρία, της επέτρεψαν να λάβει μέρος στην ταινία.Η ερμηνεία της στη Χωριατοπουλα έλαβε τις καλύτερες κριτικές κι η Κέλι θεωρούταν το φαβορί για το όσκαρ Α' γυναικείου ρόλου το 1954. Η πιο κοντινή της αντίπαλος για το βραβείο ήταν η Τζούντι Γκάρλαντ που είχε κάνει επιτυχημένη επανεμφάνιση την ίδια χρονιά με το Ένα αστέρι γεννιέται (A star is Born). Τα σκανδαλοθηρικά περιοδικά ανέφεραν κόντρα μεταξύ των δυο σταρ.
Τη βραδιά της απονομής η Γκάρλαντ βρισκόταν στο νοσοκομείο έχοντας μόλις γεννήσει το γιο της Τζόζεφ και δίπλα της υπήρχαν κάμερες, ώστε σε περίπτωση που κέρδιζε το βραβείο να μπορούσε να βγάλει ευχαριστήριο λόγο από το νοσοκομείο. Νικήτρια όμως αναδείχτηκε η Κέλι, κάτι που η Γκάρλαντ δεν ξέχασε ποτέ. Τα επόμενα δυο χρόνια γύρισε άλλες τρεις ταινίες, εκ των οποίων η πρώτη ήταν η τρίτη και τελευταία της συνεργασία με τον Άλφρεντ Χίτσκοκ στην ταινία Το κυνήγι του κλέφτη (To Catch A Thief, 1955), όπου σαγηνεύει με τη γοητεία της τον μικροαπατεώνα Κάρι Γκραντ στο ηλιόλουστο Μόντε Κάρλο.
Την ίδια χρονιά στο φεστιβάλ των Καννών γνώρισε τον πρίγκιπα Ρενιέ Γ' του Μονακό, με τον οποίον κράτησε για μήνες επικοινωνία. Επιστρέφοντας στη Αμερική γύρισε την ταινία Ο κύκνος (The Swan, 1956) όπου πλάι στον Άλεκ Γκίνες υποδύθηκε μια πριγκίπισσα.
Η ταινία ήταν προφητική και η ζωή να μιμήθηκε την τέχνη καθώς ο Ρενιέ μετά το τέλος των γυρισμάτων τη ζήτησε σε γάμο. Η εταιρία παραγωγής της ταινίας καθυστέρησε την κυκλοφορία της μέχρι την ημέρα του γάμου της Κέλι με το Ρενιέ. Στο μεταξύ είχε προβληθεί και η πρoτελευταία της ταινία το Υψηλή κοινωνία (High Society, 1956) που αποτελούσε ριμέικ της ταινίας του 1940, Κοινωνικά σκάνδαλα (The Philadelphia Story). Στην αυτή ταινία συμπρωταγωνιστούσε με τον Φρανκ Σινάτρα και τον Μπινγκ Κρόσμπι.

Εννιά μήνες και τέσσερεις μέρες μετά το γάμο της με το Ρενιέ, η Κέλι έφερε στον κόσμο το πρώτο της παιδί την πριγκίπισσα Καρολίνα, της οποίας των ερχομό ανακοίνωσαν 21 πυροβολισμοί και η μέρα της γέννησής της κηρύχθηκε μέρα αργίας. Ο πρίγκιπας Ρενιέ και η πριγκίπισσα Γκρέις απέκτησαν τρία παιδιά: την πριγκίπισσα Καρολίνα, τον πρίγκηπα Αλβέρτο και την πριγκίπισσα Στεφανί. Μετά το γάμο ο Ρενιέ απαγόρευσε την προβολή των φιλμ της Κέλι.
Το 1962 ο Άλφρεντ Χίτσκοκ της προσέφερε τον πρωταγωνιστικό ρόλο στο φιλμ Μάρνι (Marnie) και η Κέλι ήθελε να ξανασυνεργαστεί μαζί του. Όταν όμως η κοινή γνώμη στράφηκε εναντίον της, λόγω του γεγονότος ότι η υπόθεση του φιλμ θα αμαύρωνε την εικόνα της, αναγκάστηκε να μη δεχτεί το ρόλο. Το 1977 ο σκηνοθέτης Χέρμπερτ Ρος προσπάθησε να τη δελεάσει να επιστρέψει στη μεγάλη οθόνη προσφέροντάς της τον πρωταγωνιστικό ρόλο στην ταινία Η κρίσιμη καμπή (The Turning Point).
Συνεπώς η Κέλι δεν επέστρεψε ποτέ στη μεγάλη οθόνη, προσπάθησε παρόλα αυτά να υποστηρίξει την καλλιτεχνική άνθιση στο Μονακό ιδρύοντας το Ίδρυμα Πριγκίπισσα Γκρέις που βοηθούσε όλους τους καλλιτέχνες και τεχνίτες της περιοχής. Επίσης οργάνωνε κάθε χρόνο γιορτή για τα ορφανά.

Τα χρόνια πέρασαν και το 1981 η Γκρέις και ο Ρενιέ γιόρτασαν 25 χρόνια γάμου.

Στις 13 Σεπτεμβρίου του 1982, ενώ επέστρεφε οδικώς μαζί με τη μικρή της κόρη της Στεφανί, από το εξοχικό τους στην επαρχία, η πριγκίπισσα Γκρέις είχε ένα εγκεφαλικό επεισόδιο που την έκανε να χάσει τις αισθήσεις της και να ρίξει το αυτοκίνητο στο γκρεμό. Το σώμα της ανασύρθηκε από το αυτοκίνητο αλλά είχε υποστεί πολλαπλά κατάγματα κι είχε πέσει σε κώμα. Μεταφέθηκε στο νοσοκομείο του Μονακό όπου της διαγνώστηκε σοβαρή εγκεφαλική βλάβη.
Η οικογένεια της αποσυνέδεσε το μηχανισμό που την κρατούσε στη ζωή. Η κόρη της Στεφανί είχε υποστεί σοβαρό κάταγμα στην αυχενική μοίρα και αναγκάστηκε να φορέσει κολάρο. Η κηδεία της έγινε στις 18 Σεπτεμβρίου στον καθεδρικό ναό του Αγίου Νικολάου στο Μονακό.
Ανάμεσα στους παρευρισκόμενους στην κηδεία της ήταν οι πρώην συμπρωταγωνιστές της Τζέιμς Στιούαρτ και Κάρι Γκραντ. Ενώ την κηδεία της παρακολούθησαν από την τηλεόραση 100 εκατομμύρια άνθρωποι παγκοσμίως.

Ο πρίγκηπας Ρενιέ που δεν ξαναπαντρεύτηκε κηδεύτηκε στο πλευρό της μετά το θάνατό του το 2005.