Issur Danielovitch Demsky est né le 9 décembre 1916 à Amsterdam, dans l'État de New York, de parents (Herschel et Bryna) ayant fui la Biélorussie pour des raisons politiques. Il est le quatrième enfant d'une famille qui en compte sept (il a six soeurs). Ils vivent au 46 Eagle Street dans une misère teintée d'antisémitisme. C'est après avoir récité un poème à l'école et reçu des applaudissements que le jeune Issur décide de devenir acteur. Une ambition non partagée par sa famille. A l'université, le fait d'être juif et fils de chiffonnier lui attire l'antipathie de nombre de personnes mais le jeune homme trouve une façon d'imposer le respect : la lutte.
En juin 1939 il décide de partir à New York pour apprendre la comédie. Au théâtre Tamarak, un ami lui propose de changer son nom. On lui propose Kirk et un nom commençant par un D, Douglas. Il entre ensuite à l'académie américaine d'art dramatique, et suit les cours de Charles Jehlinger. Il y rencontre aussi Diana Dill, sa future première femme, et la jeune Betty Bacall, future Lauren Bacall. Après quelques rôles mineurs dans les pièces Spring again et Les trois soeurs, il s'engage dans la marine.
Pendant la guerre, il se marie à Diana. Réformé à la suite d'un accident, il retourne à New York où Lauren Bacall lui permet d'obtenir un petit rôle dans L'Emprise du crime avec Barbara Stanwyck. Il donne la réplique à Robert Mitchum dans La griffe du passé et rencontre Burt Lancaster dans L'homme aux abois. Alors qu'il est père de deux enfants et qu'il se sépare de sa femme, il prend le choix audacieux de tourner Le Champion (alors qu'on lui proposait une superproduction produit par la MGM). Sorti en juillet 1949, le film est un succès inespéré.
Il signe alors un contrat avec la Warner et enchaîne plusieurs films (La Femme aux chimères, Le Gouffre aux chimères...) qui lui permettent de rencontrer et de séduire un grand nombre de stars féminines, dont Rita Hayworth ou Gene Tierney. Las de l'emprise du studio, il décide de ne pas renouveler son contrat après le film La Vallée des géants. Libre, il tourne un western de Howard Hawks, La Captive aux yeux clairs, puis Les Ensorcelés de Vincente Minnelli où l'oscar du meilleur acteur lui échappe.
Pour les beaux yeux de l'actrice italienne Pier Angeli il accepte un contrat de trois films qui l'amène en Europe. Le Jongleur, Un acte d'amour et enfin Ulysse des jeunes producteurs Dino de Laurentiis et Carlo Ponti. A cette époque il rencontre Anne Buydens, une assistante dont il tombe amoureux et qu'il épouse le 29 mai 1954, la même année que la superproduction Disney Vingt Mille Lieues sous les mers. Après L'Homme qui n'a pas d'étoile, l'acteur à succès devient producteur et crée la Bryna, du nom de sa mère, et produit La rivière de nos amours, un succès.
En 1955 il achète les droits du roman Lust for life et confie la réalisation à Vincente Minnelli. La Vie passionnée de Vincent Van Gogh entraîne Kirk Douglas aux limites de la schizophrénie, l'acteur ayant du mal à entrer sans conséquences dans l'âme tourmentée du peintre. Là encore, il est nommé pour l'Oscar du Meilleur Acteur sans toutefois l'obtenir. Il tourne alors avec son ami Burt Lancaster un western de légende, Règlement de comptes à O.K. Corral. Sa composition du personnage de Doc Holliday reste dans toutes les mémoires. La même année, il s'investit dans la production et l'écriture d'un autre film de légende, Les Sentiers de la gloire qui permet à Stanley Kubrick de faire ses preuves. Le film ne rapporta pas beaucoup d'argent puisqu'interdit dans un grand nombre de pays européens. Avec la Bryna, il produit Les Vikings, fresque épique qui l'emmène tourner un peu partout dans le monde (dont en France). Le film avec Tony Curtis et Janet Leigh est un gros succès. L'année suivante, après le film Au fil de l'épée, sa mère meurt le jour de son anniversaire.
Vexé de ne pas avoir été choisi pour interpréter Ben-Hur, il choisit de faire son propre film épique en adaptant au cinéma l'histoire de Spartacus l'esclave qui fit trembler Rome. Une préparation longue et compliquée, un tournage long et difficile (le réalisateur Anthony Mann est remplacé par Stanley Kubrick) mais un immense succès et un rôle qui place définitivement Kirk Douglas au panthéon des stars de Hollywood. En 1962, toujours sur un scénario de Dalton Trumbo, il interprète un cow-boy perdu dans le monde moderne dans Seuls sont les indomptés. Il triomphe aussi au théâtre dans la pièce Vol au-dessus d'un nid de coucou, qu'il comptait jouer au cinéma. Après quelques échecs commerciaux, dont un ambitieux, Le Dernier de la liste, il revient aux films engagés avec Sept jours en mai. Dans Les Héros de Télémark il est un scientifique qui tente de stopper la progression industrielle allemande pendant la guerre. Sur la même période, il enchaîne avec Première victoire et L'Ombre d'un géant. Après un petit rôle dans Paris brûle-t-il ? de René Clément, il retrouve John Wayne pour un western à succès La Caravane de feu.
En 1969, il tourne sous la direction de Elia Kazan puis de Joseph L. Mankiewicz pour un western original et déroutant, Le Reptile aux côtés de Henry Fonda. Après une autre adaptation d'un roman de Jules Verne (assez sombre), Le Phare du bout du monde, Kirk Douglas décide de passer à la réalisation.
Sur un sujet qu'il pense rentable, avec un budget correct, Kirk Douglas tourne Scalawag adapté de L'Île au trésor. Le tournage est catastrophique comme en témoigne le journal de bord et le film est un échec total. Deux ans plus tard, il réitère l'opération avec La Brigade du Texas, western de qualité mais qui ne trouve pas son public. Ce dernier film incite la star à s'éloigner de la réalisation. Ne voulant plus tourner que des films qui l'intéressent, il s'égare dans des productions comme Holocaust 2000 ou Saturn 3 (où il est d'ailleurs nommé aux Razzie Awards -les Oscars de la honte). Furie lui permet de se frotter au Nouvel Hollywood avec
Brian de Palma et Nimitz, retour vers l'enfer de retrouver le film de guerre.
Il retrouve son ami Burt Lancaster pour Coup double en 1986. Victime d'un grave accident d'hélicoptère auquel il échappe miraculeusement, il réduit son activité cinématographique, freinée par une attaque cérébrale en 1994. Diamonds en 1999 est l'occasion de retrouver Lauren Bacall et de recevoir au festival de Deauville un hommage pour l'ensemble de sa carrière. Une attaque cardiaque en 2001 lui enlève tout espoir de retourner au cinéma, et pourtant il accepte de tourner dans Une si belle famille aux côtés de son fils Michael Douglas et de son petit fils Cameron. Trois générations de Douglas sont ainsi réunies pour un film sorti de façon discrète et qui ne connaîtra pas un grand succès.
Depuis le milieu des années 1990, Kirk Douglas est fréquemment honoré dans le monde entier pour l'ensemble de sa carrière. Écrivain, il a publié plusieurs ouvrages et se consacre aujourd'hui à sa fondation en faveur des enfants défavorisés.
Douglas s'est marié deux fois : la première fois avec Diana Dill (née le 22 janvier 1923, divorcée en 1951) avec qui il a eu deux fils, l'acteur Michael Douglas et le producteur Joel Douglas ; la seconde fois en 1954 avec Anne Buydens avec qui il a eu également deux fils, le producteur Peter Vincent Douglas né le 23 novembre 1955 et l'acteur Eric Douglas né en juin 1958 et mort le 6 juillet 2004 d'une overdose.