Formée à l'école (Dramatens elevskola (en)) du Théâtre dramatique royal -- "Kungliga Dramatiska Teatern", abrégé Dramaten, en suédois -- de Stockholm, elle débute au théâtre en 1933 et joue au Dramaten jusqu'en 1939. Ayant épousé en 1932 le chef opérateur et réalisateur suédois Harry Hasso (1904-1984), elle sera désormais connue sous le nom de Signe Hasso (et ce jusqu'à la fin de sa carrière, bien qu'ayant divorcé en 1941). La même année 1933, elle débute au cinéma et tourne en tout treize films suédois jusqu'en 1941.
Sollicitée par Hollywood en 1940, elle émigre aux États-Unis (où elle s'installe définitivement) et se retrouve sous contrat à la RKO puis à la Metro-Goldwyn-Mayer, au moment où une autre actrice d'origine suédoise,
Greta Garbo, vient de se retirer (en 1941), laissant donc une place vacante. Mais après quinze films américains de 1942 à 1950 (et, cette dernière année, un film suédois d'
Ingmar Bergman), Signe Hasso met quasiment un terme à sa carrière au cinéma : par la suite, elle apparaît seulement dans sept autres films, disséminés entre 1954 et 1998. Mentionnons également un film allemand en 1953, dont elle n'est pas actrice mais réalisatrice (unique contribution à ce titre, en collaboration avec son ex-mari Harry Hasso).
Si elle délaisse le grand écran, Signe Hasso est en revanche active à la télévision, dès les années 1950, participant aux États-Unis à bon nombre de séries et téléfilms, de 1951 à 1985. De plus, elle joue occasionnellement au théâtre à Broadway (quatre pièces, entre 1941 et 1957).
Une étoile lui est dédiée sur le Walk of Fame d'Hollywood Boulevard.