Fratello minore di Shirley McLaine, Warren Beatty inizia presto la carriera da attore, lasciando a metà i suoi studi universitari alla Northwestern University.

Debutta nel 1961 nel film Splendore nell’erba diretto da Elia Kazan al fianco di Nathalie Wood. Nel film interpreta il ruolo di Bud, un ragazzo alle prese con le pressioni conformiste che lo spingono ad allontanarsi dalla fidanzata, Deannie, per dedicarsi alla carriera e al successo, fino a quando la crisi economica del ’29 non segnerà la sua rovina e quella della sua ricca famiglia.

Il vero successo arriva però con Gangster Story, alias Bonny e Clide, di Arthur Penn del 1967. Beatty infatti ottiene due Nomination all’Oscar come produttore e miglior attore.

Nel 1970 interpreta L’unico gioco in città al fianco di Elisabeth Taylor per la regia di George Stevens e nell’anno successivo recita nella pellicola I compari, diretto da Robert Altman. Nel 1978 vince quattro Nomination all’Oscar per la regia, la direzione e l’interpretazione del film Il Paradiso può attendere.

Nel 1981 vince l’Oscar per la direzione di Reds, nel quale interpreta il ruolo del tenace giornalista rivoluzionario John Reed. Nel 1990 dirige, produce e interpreta Dick Tracy e nel 1991 recita nel film Bugsy, ispirato alla storia del gangster di Hollywood Busgsy Siegel per cui ha altre due Nomination all’Oscar.

Sposato con l’attrice Annette Bening, Beatty ha due figli.

Il 26 marzo del 2000 ha ricevuto il Premio Oscar alla carriera.