Née à Detroit mais élevée en Floride, Kim Hunter étudie à l'Actors Studio et fait ses débuts sur les planches de Miami en novembre 1939 dans Penny Wise. Remarquée par des producteurs, elle signe un contrat avec David O. Selznick et tourne son premier film en 1943 (La Septième Victime de Mark Robson). La même année elle partage l'affiche avec Ginger Rogers de Tender Comrade d'Edward Dmytryk, dont le récit de femmes vivant en communauté pendant la Seconde Guerre Mondiale lui vaut d'être suspectée de sympathies communistes. Elle continue à tourner quelques films mais le maccarthysme la tient éloignée d'Hollywood et la fait se concentrer sur sa carrière théâtrale.

En 1947, elle forme avec Marlon Brando le couple déchiré et passionné d'Un tramway nommé Désir sur la scène de Broadway, couple qu'ils recréent en 1951 pour les besoins du grand écran dans l'adaptation d'Elia Kazan et qui permet à Kim Hunter d'obtenir l'Oscar du Meilleur Second Rôle l'année suivante. Sa carrière cinématographique ne connaîtra plus un tel succès bien qu'elle obtienne en 1968 l'un des rôles principaux de La Planète des singes (Franklin J. Schaffner). Elle jouera dans deux de ses suites : Le Secret de la planète des singes et Les Évadés de la planète des singes. Elle continue tout de même à jouer dans quelques longs métrages mais travaille surtout pour la télévision et le théâtre. Elle apparaît notamment en 1997 dans Minuit dans le jardin du bien et du mal de Clint Eastwood.