Cyd Charisse nait à Amarillo, au
Texas. Après des cours de ballet dans sa jeune enfance, elle intègre la formation des Ballets russes en 1934 avec lesquels elle se produit sous les pseudonymes de Celia Siderova et Maria Istromena. Elle épouse en 1939 à Paris le danseur Nico Charisse. Le prénom de Cyd qu'elle adoptera plus tard est inspiré du surnom que lui donnait son frère quand il était petit, "Sid" (dérivé de "sis").
Après la dissolution de la troupe au début de la Seconde Guerre mondiale, elle regagne Hollywood où elle décroche quelques petits rôles dansés non crédités avant d'être remarquée pour son pas de deux avec
Fred Astaire dans Ziegfeld Follies en 1946. Cette prestation lui procure un contrat de sept ans avec la MGM.
Elle épouse en 1948 le chanteur et acteur Tony Martin. En 1952,
Gene Kelly la choisit comme partenaire pour le numéro - sans paroles - de
Chantons sous la pluie, Broadway Melody. Surnommée « The Legs » (« les jambes ») tout comme
Lauren Bacall était surnommée « The Look » (« le regard »), elle fait assurer ses jambes pour 5 millions US$ cette même année.
Bien qu'elle ne soit pas chanteuse (elle sera doublée dans tous ses films), ses qualités plastiques et artistiques lui permettent de décrocher son premier rôle principal parlant dans Tous en scène de
Vincente Minnelli dans lequel elle retrouve
Fred Astaire. S'ensuivent au cours des années 1950 plusieurs films musicaux à succès qui la hissent au rang de star dont
La Belle de Moscou de
Rouben Mamoulian en 1957, un remake de
Ninotchka d'
Ernst Lubitsch.
Le déclin du genre dans les années 1960 est aussi le sien, mais elle aura attaché son nom aux grandes heures de la comédie musicale. L'actrice meurt des suites d'une attaque cardiaque au Centre médical Cedars-Sinai de Los Angeles le 17 juin 2008. Elle est inhumée à Culver City, au cimetière Hillside memorial park.