C'est pour combattre sa timidité jugée maladive par son père que Kim Basinger s'inscrit enfant à des cours de danse. Remportant plus tard de nombreux prix dans des concours de Miss Junior, elle rejoint à son adolescence l'agence Ford et devient rapidement une des plus célèbres mannequins de la firme. Cinq ans plus tard, la jeune femme décide de tenter une carrière d'actrice et apparaît régulièrement à la télévision, que ce soit occasionnellement dans les séries Vegas et Drôles de dames ou dans un rôle récurrent pour Dog and Cat. Le téléfilm Tant qu'il y aura des hommes lui permet d'affirmer son potentiel, et sur grand écran la comédienne commence à marquer les esprits en s'illustrant aux côtés de Jan Michael Vincent dans Hard Country en 1981 et en incarnant deux ans après une séduisante James Bond Girl dans Jamais plus jamais.

Malheureusement, sa carrière ne décolle véritablement qu'en 1986 grâce à sa prestation torride dans 9 semaines 1/2 face à Mickey Rourke. De peur de se voir cantonnée à de simples rôles de séductrices, celle qu'on hisse au rang de sex symbol opte dès l'année suivante pour la comédie, avec deux films où elle apparaît tour à tour sous les traits d'une jeune femme ne supportant pas l'alcool dans Boire et Déboires (1987) puis d'un alien candide et sexy dans J'ai épousé une extra-terrestre (1988). Après le désistement de Sean Young pour le Batman de Tim Burton, elle devient en 1989 la première "Batgirl" de l'histoire du cinéma. En 1991, elle rencontre sur le plateau de La Chanteuse et le milliardaire son futur mari en la personne d'Alec Baldwin, acteur à qui elle donnera la réplique deux ans plus tard dans le remake du polar Guet-apens.

Toujours aussi troublante dans le thriller Sang chaud pour meurtre de sang-froid (1992) et L'Affaire Karen McCoy (1993), elle joue l'élément pivot de l'impressionnant casting de Prêt-à-porter (1994) sous la direction de Robert Altman. S'accordant une pause de trois ans pour se consacrer à sa vie de famille, Kim Basinger refait à nouveau sensation en remportant en 1998 l'Oscar du Meilleur second rôle féminin pour sa performance de femme fatale dans le film noir L.A. Confidential. Ses apparitions à l'écran se font ensuite plus timides et ne sont pas toujours des plus convaincantes (Je rêvais de l'Afrique, L'Elue, Cellular ou encore The Sentinel), mais elle peut compter sur les cinéastes Curtis Hanson (8 Mile où elle interprète la mère paumée d'Eminem) et Guillermo Arriaga (Loin de la terre brûlée, 2008) pour retrouver des rôles à la mesure de son talent. En 2010, elle retrouve Mickey Rourke vingt-quatre ans après 9 semaines 1/2, pour Informers de Gregor Jordan, dans lequel elle joue les seconds rôles. La même année, elle incarne la mère de Zac Efron dans Le Secret de Charlie de Burr Steers.