Gloria Stuart signe son premier contrat avec Universal Studios en 1932. Elle est appréciée du réalisateur James Whale, qui la fait jouer dans Une soirée étrange (1932), ainsi que (1933) The Invisible Man et The Kiss Before The Mirror. Sa carrière ne démarre pas rapidement, elle se tourne donc vers 20th Century Fox.
Dans les années 1930, elle joue aux côtés de Lionel Barrymore, Kay Francis, Claude Rains, Raymond Massey, Paul Lukas, John Boles, John Beal et Shirley Temple. Elle joue dans quelques films dans les années 1940 et décide de travailler pour le syndicat des acteurs américains.
Après trente ans hors de l'écran, elle paraît dans un film télévisé de 1975 intitulé La légende de Lizzie Borden. En 1982, elle joue dans le film My Favourite Year.
Gloria Stuart atteint la célébrité à un âge avancé : elle est surtout connue pour son rôle de Rose DeWitt Bukater (Rose âgée) dans le film Titanic de 1997, où elle obtient une nomination pour meilleure actrice dans un second rôle aux Oscars du cinéma. Kim Basinger, beaucoup plus jeune, remporte alors le prix. Ses talents sont ensuite sollicités dans la série Arabesque en 2001 et dans la série Land Of Plenty en 2004.
Une étoile porte son nom sur le Hollywood Walk of Fame.
Elle meurt le 26 septembre 2010, à Los Angeles, à l'âge de 100 ans, des suites d'un cancer du poumon, après avoir survécu à un cancer du sein
