Nata a San Giorgio di Piano (BO) nel 1921, trascorre parte dell'adolescenza a Roma presso una zia vedova, coltiva la propria passione per il teatro, si laurea in filosofia. Inizia la carriera alla radio nella trasmissione "Terzoglio" (1942), ottenendo grande successo con le avventure degli sposini Cico e Pallina, su testi scritti da Federico Fellini; l'anno dopo, ne diverrà la moglie e musa ispiratrice di diverse pellicole. Debutta nel cinema con "Senza pietà" (1948) di Alberto Lattuada, ma si afferma definitivamente con i successivi "Persiane chiuse" (1950) di Luigi Comencini, "Luci del varietà" (1951), che segna anche l'esordio registico di Fellini (il film è firmato da lui e da Lattuada), "Europa '51" (1952) di Roberto Rossellini. Con "La strada" (1954), premiato con l'Oscar, decolla alla grande il suo sodalizio artistico con il marito, che proseguirà con "Il bidone" (1955) ed il celeberrimo "Le notti di Cabiria" (1957), ancora insignito dell'Oscar, che le frutta il riconoscimento per la migliore interpretazione femminile a Cannes. Dell'attività cinematografica seguente, possono essere ricordati i suoi ruoli in "Fortunella" (1958) di Eduardo De Filippo, "Nella città l'inferno" (1958) di Renato Castellani e, più tardi, "Giulietta degli spiriti" (1965) e "Ginger e Fred" (1985), entrambi firmati da Fellini. E' stata inoltre, tra il 1966 ed il '69, titolare della seguitissima rubrica radiofonica "Lettere aperte a Giulietta Masina" e, per la televisione, protagonista degli sceneggiati "Eleonora" (1972) di Tullio Pinelli, diretto da Silverio Blasi, e "Camilla" (1976) di Sandro Bolchi, tratto dal romanzo di Fausta Cialente "Un inverno freddissimo" (1966). Si è spenta a Roma nel 1994, pochi mesi dopo la scomparsa del consorte.