Son prénom Halle lui vient du Halle Building situé à Cleveland en Ohio.
Elle est la fille d'un médecin afro-américain et d'une infirmière blanche en milieu psychiatrique originaire de Liverpool. Halle est élevée par sa mère après la séparation de ses parents alors qu'elle avait 4 ans.
En 1986, elle devient dauphine de Miss USA, décroche le titre de Miss Teen All-American à 14 ans et devient finaliste au concours Miss America et Miss Monde quelques années plus tard. Elle ne remporte pas les concours, mais elle se démarque par son charisme et son talent d'actrice.
Elle entame une brève carrière de mannequin avant de décrocher son premier rôle à la télévision dans la série The Living Dolls en 1989 et Côte ouest en 1991. Dans la même année, Halle commence au cinéma au côté de Samuel L. Jackson dans Jungle Fever.
Elle gagne le Golden Globe en 2000 pour un téléfilm où elle incarne Dorothy Dandridge. Et c'est cette même année que le film
X-men lui amène la célébrité. En 2002, elle est la première actrice noire à gagner la statuette des Oscars décernée à la meilleure actrice pour son rôle dans le film À l'ombre de la haine où elle apparaitra totalement nue au cours d'une scène érotique. Le film lui vaut également l'Ours d'argent de la meilleure actrice au Festival de Berlin 2002 et le Screen Actors Guild Award de la meilleure actrice. Bien qu'elle ait avoué qu'elle n'aimait pas jouer nue, elle exposera une nouvelle fois son corps dans Opération Espadon.
Elle joue ensuite une James Bond girl au côté de Pierce Brosnan dans le film Meurs un autre jour.
Parmi ses rôles marquants, on peut citer celui de Tornade, dans
X-Men, celui de Catwoman et celui de Jinx dans Meurs un autre jour.
Elle sera à l'affiche en 2011 de deux nouveaux films Dark Tide et Frankie & Alice qui d'ailleurs lui vaut une nomination aux Golden Globes (2011).