On peut le voir dans de nombreux films devenus "culte", comme Johnny Guitare (Johnny Guitar) ou Quand la ville dort (The Asphalt Jungle). Il a collaboré à deux reprises avec Stanley Kubrick (L'Ultime Razzia et Docteur Folamour). Il joue également le rôle du capitaine Mc Kluskey de la police new-yorkaise dans
Le Parrain de Francis Ford Coppola.
L'Office of Strategic Services, ancêtre de la CIA, utilisait un vaste réseau d'agents secrets pendant la Seconde Guerre mondiale. Les Archives nationales américaines révèlent en 2008 des noms surprenants comme celui de Sterling Hayden, qui avait combattu aux côtés des partisans de Tito, en Yougoslavie.
Il fut aussi amené à témoigner devant l'HUAC (House Un-American Activities Committee, l'organe du maccarthysme) où on le questionna principalement sur sa brève adhésion au Parti Communiste américain, en 1945. Bien qu'affirmant ne se souvenir que des prénoms de ses "camarades", il ne pourra se dérober lorsqu'il s'agira d'admettre y avoir rencontré quelques personnes, notamment Abraham Polonsky. Il fut inscrit sur la liste noire du cinéma. D'après John Berry, interviewé par Bertrand Tavernier, il comprendra rapidement son erreur et ira se poster devant la commission, brandissant une pancarte sur laquelle était écrit « Ne dites rien, ils sont ignobles ».
Il est l'auteur de deux ouvrages. Le premier, Wanderer, où, notamment, il revient sur la période de la chasse aux sorcières, et exprime les terribles remords qui le rongent depuis lors. L'autre, Voyage, roman maritime sur fond de politique de presque 800 pages, où il nous livre, entre autres, sa conception du déclin de l'american dream, suite à la défaite de l'alliance populo-démocrate à l'élection présidentielle américaine de 1896.
Il meurt d'un cancer de la prostate le 23 mai 1986.