Née d'une mère couturière et d'un père fermier, Rita Moreno se rend en compagnie de sa mère à New York en 1937 où, dès ses 11 ans, elle commence à travailler en tant que doubleuse. Elle débute à Broadway à ses 14 ans dans la pièce Skydrift avec Arthur Keegan et Eli Wallach. Reconnue pour sa beauté exotique et ses talents d'actrice, elle accède à un degré de notoriété supérieur lorsque Robert Wise choisit de lui offrir le rôle d'Anita, la petite amie de Bernardo, dans West Side Story. Pour l'occasion elle remporte Oscar du meilleur second rôle féminin.

Malgré son talent et l'engouement dont bénéficie West Side Story, Rita Moreno enchaîne les rôles au cinéma et à la télévision sans jamais faire exploser sa carrière. En dépit de sa forte activité, l'actrice a dû mal à obtenir des rôles principaux dans des productions reconnues. A partir des années 1970, elle parvient à être choisie pour jouer autre chose que des personnages correspondant aux stéréotypes de femmes latino. Elle trouve ainsi deux rôles intéressants dans Ce plaisir qu'on dit charnel (1971) et le programme pour enfants The Electric Company.

En 1997, à 66 ans, Rita Moreno incarne un rôle à la mesure de son talent dans la série carcérale Oz, celui de Sister Pete, une religieuse démocrate au grand coeur travaillant dans une prison de très haute sécurité et cherchant par tous les moyens à encadrer les détenus de la meilleure manière possible. La série HBO qui est considérée comme l'une des meilleures de tous les temps dure 6 saisons jusqu'en 2003. Très active malgré son âge avancé, elle obtient des rôles réguliers dans les sitcoms Happily Divorced et Au fil des jours.

En 2019, elle tourne dans le remake de West Side Story par Steven Spielberg, dans lequel elle interprète Valentina, un personnage inspiré de Doc, le tenancier de drugstore dans la comédie musicale. Elle est l'une des rares personnes à avoir remporté un Emmy (pour Deux cent dollars plus les frais), un Grammy (pour l'album pour enfants The Electric Company), un Oscar (West Side Story) et un Tony (The Ritz).