Magali Noël reste en Turquie jusqu'à l'âge de sept ans. Elle montre très jeune un goût certain pour les déguisements, les farces, la comédie et la musique. Après des débuts dans des ballets d'opérettes, Magali Noël s'inscrit au cours dramatique de Catherine Fontenay. Elle fait un séjour en Allemagne pour une tournée au théâtre, et revient à Paris où elle rencontre Boris Vian.

Sa carrière au cinéma commence au début des années 50, mais c'est avec Du rififi chez les hommes de Jules Dassin que les producteurs commencent à s'interesser à cette nouvelle comédienne. C'est un véritable tournant, elle enchaîne ensuite les succès. Sa fantaisie est alors exploitée par les plus grands réalisateurs et auteurs de l'époque, René Clair avec Les Grandes Manoeuvres, Jean Renoir dans Elena et les Hommes ou Sacha Guitry dans Assassins et voleurs.

Une rencontre marque cependant le destin de cette actrice. Federico Fellini l'engage en 1959 pour le rôle de Fanny, l'entraineuse de La Douceur de vivre. Par la suite, Fellini, avec qui elle entretient une amitié sincère, lui donne des rôles de femmes fatales et débridées. Cette rencontre donne naissance à deux autres films mémorables : Satyricon et Amarcord.

Malgré un rôle principal dans Z de Costa-Gavras, qui obtient une Palme d'Or à Cannes en 1968, et de grands succès au théâtre, Magali Noël est peu à peu délaissée par les producteurs. Après un retour au music-hall, où elle remporte de nombreux succès, de jeunes réalisateurs vont cependant lui redonnés des personnages à la mesure de la générosité de son jeu : Claude Goretta dans La Mort de Mario Ricci, Tony Marshall avec Pentimento et plus récemment, Andrzej Zulawski dans La Fidélité, Jonathan Demme avec La Vérité sur Charlie. En 2003, Magali Noël est à l'affiche de Rien que du bonheur de Denis Parent.