Faye Dunaway werd geboren in Bascom, Florida. Haar vader was sergeant in het Amerikaanse leger. Ze studeerde aan de toneelafdeling van de Boston University en aan de University of Florida. Begin jaren '60 debuteerde ze als actrice op Broadway. Haar filmdebuut maakte ze in 1967, toen ze in Hurry Sundown speelde. In datzelfde jaar speelde ze Bonnie in de film Bonnie en Clyde. Deze rol leverde haar een Oscar-nominatie op. Ook voor haar rol in Chinatown (1974) werd ze voor een Oscar genomineerd. In 1976 won ze een Oscar voor de beste vrouwelijke hoofdrol in de film Network.
Vanaf de jaren '80 speelde ze kleinere rollen. Ze is twee keer getrouwd en tweemaal gescheiden. Van 1 augustus 1974 tot haar scheiding in 1979 was ze gehuwd met Peter Wolf, leadzanger van de rockband J. Geils Band. In 1984 trouwde ze met Terry O'Neill, een Britse fotograaf. Met O'Neill heeft ze één kind, alhoewel ze in 2003 toegaf dat dit kind geen biologisch kind van haarzelf is, maar een geadopteerd kind.
