Elle est née le 17 septembre 1931 à New York, dans le quartier du Bronx, dans une famille d'immigrés italiens. Après des études scientifiques qui devaient la destiner au métier de laborantine, elle débute à la télévision (CBS) sous le nom de Anne Marno.
Engagée par Darryl Zanuck pour la
20th Century Fox, elle débute au cinéma en 1952 dans Troublez-moi ce soir de
Roy Ward Baker aux côtés de
Marilyn Monroe et
Richard Widmark.
En 1963, elle obtient l'Oscar de la meilleure actrice pour son rôle dans
Miracle en Alabama.
De 1964 à sa mort, elle est mariée à
Mel Brooks, avec qui elle tourne plusieurs films, notamment To Be or Not to Be, en 1983.
Elle est connue du public, entre autres, pour son rôle de Mrs. Robinson dans le film Le Lauréat (1967) de
Mike Nichols, au côté d'un débutant du nom de
Dustin Hoffman.
Elle meurt d'un cancer le 6 juin 2005 à New York (hôpital du Mont-Sinaï).