Дитрих родилась 27 декабря недалеко от Берлина. Она с детства проявляла интерес к музыке и кино. В 20-х годах Германия была охвачена экономическим кризисом. Чтобы хоть как-то прожить, Дитрих устраивается в кабаре. В этот же период времени она принимает окончательное решение стать актрисой кино. Её кинокарьера  началась после того, как Джозеф фон Штернберг увидел её в паре картин и пригласил на главную роль в фильме "Голубой ангел". Этот фильм буквально сформировал образ Дитрих, которым она пользовалась впоследствии в течении всей своей кинокарьеры - яркой, неприступной соблазнительницы, чьи веки всегда чуть подёрнуты тенью меланхолии и легкого сексуального голода. Успех фильма привлёк интерес американских кинопроизводителей. И, при получении первого предложения она отправляется покорять Голливуд.

Все фильмы, снятые в 30-е годы были популярны и принесли Дитрих всемирную славу. Геббельс несколько раз соблазнял соотечественницу вернуться в Германию, предлагая астрономические гонорары и свободу в выборе как  сюжетов, так и режиссёров. Но актриса на все предложения ответила отказом. Во время войны она прекратила свою актёрскую деятельность и выступала с концертами на военных фронтах.

После 40-х актриса снималась в маленьких ролях, предпочтя большому экрану амплуа певицы и конферансье в Лас-Вегасе.

Официально Дитрих была жената на Рудольфе Зибере, от которого она родила дочь Марию. Но после 5 лет супружества они расстались. Среди многочисленных романов актрисы наиболее известными стали роман с Ремарком и актёром Габеном. А через 15 лет после её смерти мир узнал о многолетней переписке актрисы с Эрнестом Хэмингуэем.

Актриса скончалась 6 мая 1992 года. На её похороны пришло более трёх тысяч поклонников её творчества.