Issue d'une riche famille catholique, sa mère est d'origine mexicaine et son père d'origine libanaise travaillait dans une compagnie pétrolière. Salma signifie « Paix » en langue arabe. Elle a acquis la double-nationalité américaine-mexicaine.
À l'âge de 12 ans, elle est envoyée à l'académie du Sacré-Coeur de Grand Coteau en Louisiane. Elle se fait renvoyer par les soeurs en raison de son comportement et doit retourner à Mexico. Elle poursuit ensuite sa scolarité jusqu'à ses 17 ans à Houston, Texas, où vit sa tante. De retour au Mexique, elle étudie les relations internationales à l'Universidad Iberoamericana au Mexique.
Après avoir suivi des cours de gymnastique, Salma Hayek décide de se consacrer à la comédie. Elle écume les plateaux des séries télévisées mexicaines (telenovelas) pendant plusieurs années, devenant une véritable star au Mexique. Elle se fait notamment connaître par son rôle dans la série Teresa en 1989. En 1994, elle joue dans El callejón de los milagros (La Rue des Miracles).
En 1991, elle se rend aux États-Unis afin d'y tenter une carrière. Dyslexique, elle perfectionne son anglais et prend des cours de théâtre avec Stella Adler, l'ex-professeur de Marlon Brando.
Le réalisateur Robert Rodriguez la remarque dans une émission de variété en langue espagnole et tombe sous le charme. Après l'avoir fait tourner dans son téléfilm Roadracers, il lui donne sa chance en lui offrant le rôle principal aux côtés d'Antonio Banderas dans
Desperado. Elle poursuit sa carrière en tournant dans Une nuit en enfer aux côtés de George Clooney, puis dans Wild Wild West avec Will Smith.
Avec sa société de production Ventanarosa, elle participe en 2002 à la production du film
Frida, une biographie de Frida Kahlo dans laquelle elle interprète aussi le premier rôle. Sa performance lui vaut d'ailleurs une nomination aux Oscars en 2003.
Féministe, elle a un rôle d'avocate des femmes battues et lutte contre les discriminations touchant la communauté latino-américaine aux États-Unis. Dans ses rôles elle fait découvrir aux américains les problèmes liés à l'immigration clandestine et au système de santé.
En 2006, elle adapte la série télévisée colombienne Yo Soy Betty la Fea (Je suis Betty la moche) et crée Ugly Betty, une série américaine sur les déboires d'une jeune fille au physique ingrat dans l'univers de la mode. La série remporte un franc succès et obtient un certain nombre de prix dont le Golden Globe 2007 de la meilleure série de comédie et celui de la meilleure actrice dans une série de comédie pour son actrice principale America Ferrera.
En janvier 2007, elle se démarque en prêtant son image pour la célèbre marque italienne de boisson alcoolisée Campari et pose pour le calendrier.
En avril 2007, Salma Hayek, forte du succès d'Ugly Betty, est nommée directrice générale de Ventanazul, une coentreprise créée avec la Metro-Goldwyn-Mayer. La nouvelle société a pour but de produire des films qui ont des thèmes latino-américains mais attirent un public plus large.