Après être entrée au cours Simon, Judith Magre rencontre les comédiens Jacques Charon et Sophie Desmarets. Lorsqu'elle entame sa carrière au cinéma, âgée d'une vingtaine d'années, on la voit apparaître aux génériques de plusieurs films sous le nom de Simone Chambord, entre autres dans Un grand patron de Yves Ciampi (1951) et dans Capitaine pantoufle de Guy Lefranc (1953). Au cours des années 50, on la rencontre chez plusieurs cinéastes prestigieux comme René Clair (Les Grandes manoeuvres, 1955), Julien Duvivier (L'Homme à l'imperméable, 1957), Jacques Becker (Montparnasse 19, 1958) ou encore Louis Malle (Les Amants, 1958). Pendant cette période, elle tourne alors aux côtés de grands noms du cinéma français comme Robert Lamoureux, Louis De Funès, Gérard Philipe, Lino Ventura ou Fernandel. Pour Jacques Chazot, Judith Magre incarne à jamais "Marie-Chantal", le célèbre personnage de snob qu'il a inventé. Elle devient également l'égérie de Claude Lanzmann, ce qui lui vaut la jalousie de Simone de Beauvoir. Elle épouse le cinéaste en 1963.

C'est surtout sur les planches que s'affirme dans les années 60 sa carrière de comédienne, en particulier dans la compagnie Renaud-Barrault, avec laquelle elle joue des classiques comme La Cerisaie d'Anton Tchekhov (en 1960), Judith de Jean Giraudoux (en 1961) ou encore L'Orestie d'Eschyle (en 1962), au théâtre de l'Odéon à Paris. Elle tourne un peu pour la télévision, où l'on peut aussi la voir dans la célèbre émission "Au théâtre ce soir". Puis, elle entre au célèbre Théâtre National Populaire où elle joue Jean-Paul Sartre, Paul Claudel, Bertolt Brecht ou encore Euripide. Parallèlement à sa carrière théâtrale, elle poursuit son parcours cinéma. Elle rejoint notamment, dans les années 70, l'univers de Claude Lelouch (Le Voyou en 1970, Toute une vie en 1974, Le Chat et la souris en 1975), et apparaît également dans plusieurs comédies (Rien ne va plus de Jean-Michel Ribes, 1979 ; Je vais craquer de François Leterrier, 1980).

Plus récemment, on a pu la voir dans le sulfureux Nathalie... d'Anne Fontaine (2004), où elle incarnait la mère du personnage joué par Fanny Ardant, puis dans un thriller signé Sophie Marceau, La Disparue de Deauville (2007), où elle campe une aristocrate. Plus de dix ans après L'Homme est une femme comme les autres (1998), elle retrouve en 2009 le réalisateur Jean-Jacques Zilbermann pour La Folle histoire d'amour de Simon Eskenazy, où elle sera à nouveau aux côtés d'Antoine de Caunes et d'Elsa Zylberstein. Elle figure également au casting de Ces amours-là, le prochain film de Claude Lelouch.

Toujours au théâtre en 2018 (à 92 ans), Judith Magre continue ses apparitions à la télévision comme au cinéma, notamment pour Adieu Berthe de Bruno Podalydès, mais aussi le thriller Elle de Paul Verhoeven ou la comédie Joyeuse retraite !.