Fue la única hija de un matrimonio de judíos secularizados. Su madre fué pianista de conciertos. Su padre fue director de un banco. Sus padres pertenecían a familias judías de clase alta. Desde los cuatro años tuvo tutorías particulares; antes de que ella cumpliera once años ya dominaba el piano y la danza y podía hablar cuatro idiomas. A los dieciséis años comenzó con sus estudios de artes escénicas en la escuela de arte dramático de cine y teatro. Se profesionalizó con éxito en el mundo del cine y pronto se hizo mundialmente famosa por una secuencia de la película Éxtasis (1933)
Por otro lado, Lamar había aprovechado ese momento de soledad para continuar y retomar sus estudios de ingeniería, y utilizó su inteligencia para obtener de los clientes y proveedores de su marido los pormenores de la tecnología armamentística de la época que cedió a las autoridades de los Estados Unidos años más tarde; igualmente, algunas reuniones le sirvieron de guía para idear y patentar en los años 40 la técnica de conmutación de frecuencias, que le devolvería notoriedad en los últimos años de su vida.
A comienzos de la Segunda Guerra Mundial, ella y el compositor George Antheil desarrollaron la patente de un sistema de guía por radio para torpedos. Una de sus citas más relevantes: "Una mujer sólo necesita ser bonita cuando lo dicen los hombres, pero una mujer inteligente puede hacer cualquier cosa."
Lamarr falleció en Casselberry, Florida, el 19 de enero del 2000. La causa fue una enfermedad cardíaca a la edad de 85 años.