Cortese przyszła na świat w Mediolanie 1 stycznia 1923 roku. Karierę aktorską rozpoczęła na początku lat 40-tych ubiegłego wieku. Uznanie przyniosła jej adaptacja "Nędzników" w reżyserii Riccarda Fredy z 1948 roku, w której zagrała podwójną rolę Fantine i Cosette.
Po tym sukcesie Cortese zaczęła otrzymywać role w anglojęzycznych produkcjach. Grała u boku Orsona Wellesa, Paula Newmana, Jamesa Stewarta i Spencera Tracy. W 1951 roku poślubiła aktora Richarda Baseharta, z którym rozwiodła się 9 lat później. Miała z nim syna Jackie'ego Baseharta, także aktora, który zmarł w 2015 roku.Cortese występowała w filmach amerykańskich i europejskich. Reżyserowali ją Michelangelo Antonioni, Franco Zeffirelli, Mario Brava, Robert Aldrich, Joseph Losey i Terry Gilliam.
Swoją największa kreację stworzyła w "Nocy amerykańskiej" Francoisa Truffaut z 1973 roku. Wcieliła się w dawną gwiazdę, która najlepsze lata ma już za sobą, a swe smutki topi w alkoholu. Otrzymała za nią nominację do Oscara oraz Złotego Globu. Jej kreację wyróżniono nagrodą Brytyjskiej Akademii Filmowej.
Walkę o nagrodę Akademii przegrała z Ingrid Bergman. Gdy ta odebrała statuetkę za drugoplanową rolę w "Morderstwie w Orient Expressie", przyznała, że Cortese bardziej zasłużyła na nagrodę. Ostatnim filmem Cortese były "Rozterki serca" z 1993 roku.
