A pittsburghi születésű Eugene Curran Kelly gyerekként sportkarrierről ábrándozott, de mivel egyik sportágban sem árult el különösebb tehetséget, a táncot választotta - így legalább lányokkal ismerkedhetett. Az egyetemen közgazdaságtant hallgatott, a tandíjat kőműves segédként, csaposként és táncórák adásával kereste meg. A nagy gazdasági világválság idején kapott diplomát, állást nem talált, ekkoriban árokásásból élt. Vigasztalást a táncban talált, amely hobbiból hivatás lett számára, házuk alagsorában gyakorolva alakította ki egyéni stílusát.

Több sikertelen próbálkozás után 1938-ban kisebb, majd egyre nagyobb szerepeket kapott a Broadway színpadain, harmincévesen pedig Hollywoodba hívták. Kezdetben prózai szerepeket is kapott, de gyorsan kiderült, hogy énekes-táncos szerepkörben rajong igazán érte a közönség, a filmek táncjeleneteit is általában ő koreografálta. Könnyed játékmodora és férfias táncstílusa az 1940-es és 1950-es évek egyik legnépszerűbb sztárjává, egy nemzedék bálványává tette. Először 1945-ben a Horgonyokat fel című musicalben nyújtott alakításáért jelölték Oscar-díjra: ez a film azért is emlékezetes, mert szerepelt benne egy olyan rajzfilmbetét, amelyben Kelly Jerry egérrel táncol (a jelenet csillagászati összegbe, 150 ezer dollárba került akkor).

Kelly  az ötvenes években ért a csúcsra. 1951-ben ő volt a főszereplője a műfajt forradalmasító Egy amerikai Párizsban musicalnek. A George Gershwin zenéjére készült filmben a végletekig mellőzték a beszédet, a táncjelenetek nem csak betétek voltak, hanem egységet alkottak a cselekménnyel. A Vincente Minnelli rendezte alkotás, amelynek csúcspontja egy több mint negyedórás balett volt, hat Oscar-díjat kapott, maga Kelly tiszteletbeli Oscart vehetett át. Egy évvel később készült az Ének az esőben, minden idők egyik legsikeresebb zenés filmje: címadó dala ma már önálló életet él. Az alkotásban Kelly Debbie Reynolds partnereként a főszerep mellett a társrendezést is jegyezte.

Az út innen már csak lefelé vihetett. A színész Angliába utazott, ahol olyan filmet forgatott, amely teljesen mellőzte a beszédet és éneket, a történetet csak a tánc és a pantomim eszközeivel mesélte el. A Felhívás táncra hűvös fogadtatásra talált, ráadásul Kelly adócsalás gyanújába is keveredett. 1953-ban tért vissza Amerikába, de a filmmusical műfajának ekkor már kezdett bealkonyulni. A nézők átpártoltak a televízióhoz, Kelly filmjei egyre kevesebbet hoztak a konyhára, és az MGM stúdió tizenöt év után felbontotta szerződését.

 Ezután televíziós és független produkciókban szerepelt. Rendezett is, ezen a téren legsikeresebb próbálkozása az 1969-ben készült, három Oscar-díjjal jutalmazott Hello Dolly volt. A hetvenes években narrátora volt az Ez a szórakoztatás című tévésorozatnak. Ennek egyik epizódjában Fred Astaire-rel ismét táncra perdült, duettjük sokakban ébresztett nosztalgiát a zenés film fénykora iránt. 1980-ban a fiatal Olivia Newton-John partnere volt a mérsékelt sikerű Xanadu című filmben. A tánctól a későbbiekben sem búcsúzott, és bár már nem lépett fel, 1993-ban Madonnának adott tanácsokat turnéja táncjeleneteihez.

Kelly félévszázados pályafutása során 55 filmben szerepelt. Férfias lendülettel előadott sportos, atlétikus táncstílust alakított ki, spontán mozdulatait balettelemekkel kombinálta. Valami teljes újat hozott az amerikai filmmusicalbe, ellenpontozva a divatos, könnyed, csillogó táncszámokat; a kor másik táncos férfisztárjától, Fred Astaire-től eltérően ő nem a táncteremben, frakkban-klakkban, hanem a járda ördögeként, felgyűrt ingujjban táncolt. 1996. február 2-án Beverly Hills-i otthonában halt meg többszöri agyvérzést követően. "Akárhányszor esni fog, mindig rá fogok gondolni" - búcsúzott tőle leghíresebb filmjére utalva Liza Minelli.