Op haar twaalfde werd ze naar Louisiana in de VS naar een katholieke school gestuurd, maar toen ze daar vanaf werd gestuurd, kwam ze bij een tante in Houston terecht. Toen ze later in Mexico Stad ging studeren, gaf ze haar studie op om actrice te worden.
Op 23-jarige leeftijd kreeg Hayek een belangrijke rol in de Mexicaanse tv-serie Teresa, waardoor ze een ster werd in haar thuisland. In 1994 was de actrice te zien in de film El Callejón de los Milagros (Miracle Alley). De film werd overladen met prijzen en Hayek werd genomineerd voor een Ariel Award.
In 1991 verhuisde Hayek naar Los Angeles, California, om zich te richten op een carrière in Amerika, wat haar moeite koste door haar slechte Engels. De Mexicaanse regisseur Robert Rodriguez gaf haar een rol in Desperado (1995) naast acteur Antonio Banderas. Een jaar later speelde ze opnieuw in een film van de regisseur genaamd From Dusk Till Dawn. In 1999 was ze naast Will Smith te zien in de big-budgetfilm Wild Wild West die echter slecht ontvangen werd. Datzelfde jaar had Hayek ook een rol in Kevin Smiths Dogma.
In 1999 richtte Hayek haar eigen productie bedrijf op genaamd Ventanarosa, vanuit waar ze films en tv projecten produceert. Haar eerste project was de film El Coronel No Tiene Quien Le Escriba. Ook produceerde en speelde ze in Frida waarvoor ze genomineerd werd voor een Best Actress Academy Award. In 2003 was ze te zien in het vervolg op Desperado genaamd Once Upon a Time in Mexico.
De populairste tv-serie die de actrice produceerde was Ugly Betty, gebaseerd op een Mexicaanse telenovela, waarin ze zelf ook een kleine rol speelde. In 2006 was de Mexicaanse te zien naast Penélope Cruz in de geflopte film Bandidas. In 2011 verleende ze haar stem aan het personage Kitty Softpaws voor de film Puss in Boots. In 2012 is Hayek opnieuw te horen in een animatiefilm, namelijk The Pirates! Band of Misfits. Datzelfde jaar is ze te zien in de Spaanse film La chispa de la vida, de misdaad film Savages en de komedie Here Comes the Boom.
