Après avoir étudié le chant, la musique et la danse, elle débute à 16 ans comme chanteuse de cabaret et se produit ensuite dans des revues. Elle suit les cours d'art dramatique de Catherine Fontenay et foule ses premières scènes de théâtre.
Débutant au cinéma en 1951, Magali Noël se fait remarquer en 1955 dans Du rififi chez les hommes, de Jules Dassin. Elle impose progressivement ses talents de comédienne au tempérament de feu dans Razzia sur la chnouf d'Henri Decoin, Les Grandes Manoeuvres de René Clair,
Elena et les Hommes de Jean Renoir.
Au cinéma, elle prend une nouvelle dimension en incarnant l'un des symboles des fantasmes sexuels de Federico Fellini dans
La Dolce Vita (1960),
Satyricon (1969) et surtout Amarcord (1973), où elle campe une inoubliable pin-up de province au surnom évocateur : « Gradisca » (« Goûtez-y »).
Malgré un rôle principal dans Z de Costa-Gavras, Palme d'or à Cannes en 1968, et de grands succès au théâtre, elle retient moins par la suite l'attention des producteurs. Elle retourne alors avec succès au music-hall. Et une nouvelle génération de réalisateurs lui donne des rôles à la mesure de sa sensibilité : Chantal Akerman (Les Rendez-vous d'Anna, 1978), Claude Goretta (La Mort de Mario Ricci, 1983), Tonie Marshall (Pentimento, 1989), Andrzej ?u?awski (La Fidélité, 2000), Jonathan Demme (La Vérité sur Charlie, 2002)...
En 1986, elle interprète le rôle de la logeuse dans la comédie musicale Cabaret mise en scène par Jérôme Savary.
En 1992, elle joue Julia Bertyl, une cantatrice célèbre dans les Coeurs Brûlés, saga estivale de TF1.
En 1996, elle participe au film documentaire retraçant une partie de la carrière du peintre rouennais Marcel Peltier avec lequel elle est devenue amie. Dans ce documentaire, elle récite le portrait de Marcel, un texte rédigé par le journaliste critique d'art normand Daniel Fleury.
En octobre 1996, elle est sur la scène de la Comédie des Champs-Élysées où Michel Fagadau et Jean-Claude Vial lui laissent carte blanche pour un Soleil blanc, spectacle musical exclusivement consacré à Jacques Prévert « parce qu'il croit en la jeunesse. Son immense tendresse me touche profondément. Son souci de défendre sans cesse les « petits » de l'existence, de ne tolérer aucune forme d'oppression. Sa folie, sa provocation, sa férocité, son humour et... sa douceur me fascinent. » À cette occasion, 13 poèmes seront mis en musique pour la première fois pour « ce regard sur la vie entre rêve et réalité. »
En 2000, elle reçoit à Puget-Théniers le Prix Reconnaissance des cinéphiles par l'Association Souvenance de cinéphiles pour l'ensemble de sa carrière.