Elle est née à Los Angeles (Californie), et est la fille du réalisateur Ray Grey. L'une de ses baby-sitters était Gloria Swanson. Elle débute à l'âge de 10 ans dans le film muet Uncle Tom's Cabin (1927) dans le rôle de Little Eva. Elle continue la comédie quelques années avant de reprendre ses études.
Virginia Grey eut des relations avec le sergent John Basilone, les acteurs Robert Taylor et Clark Gable, qu'elle fréquenta dans les années 1940.
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