El 23 de julio de 1946, Marilyn firmó contrato con 20th Century-Fox, por un salario de 125 dólares a la semana. Su primera aparición en el cine fue pequeña, durante 1947, en el filme "The Shocking Miss Pilgrim", una película dirigida por George Seaton.
Tras unos cuantos títulos de escaso interés la Fox decidió no renovar su contrato.
Poco después, mientras volvía a sus labores de modelo, firmó con la Universal, debutando para el estudio en una película de Phil Karlson llamada “Orquídea rubia” (1948).
De nuevo no convenció al estudio, que prescindió de sus servicios tan solo unos meses después de firmar el contrato. En mayo de 1949, posó desnuda para el calendario realizado por el fotógrafo Tom Kelley y un año después retornó a la pantalla grande, ahora para intervenir brevemente en “Amor en conserva” (1950), cinta de la United Artists que fue protagonizada por los hermanos Marx.
Al poco tiempo firmó con la Metro Goldwyn Mayer y apareció en la obra maestra de John Huston, "La jungla de asfalto" (1950). Ese mismo año volvió a ser parte del elenco de otra película mítica, "Eva al desnudo" (1950), un film dirigido por Joseph L. Mankiewicz.
Estas dos interpretaciones hicieron que poco a poco el público fuera conociendo a una mujer que transmitía en pantalla una fuerte sensualidad pero también una dulce ingenuidad.
En esta primera etapa intervino como actriz secundaria en títulos como "Ruedas de fuego" (1950), una película de Tay Garnett protagonizada por Mickey Rooney; "Let's make it legal" (1951), comedia de Richard Sale con Claudette Colbert; "Love Nest" (1951), un film realizado por Joseph M. Newman con June Haver; "Encuentros en la noche" (1952), un título de Fritz Lang con Barbara Stanwyck de protagonista principal; "Me siento rejuvener" (1952), comedia de Howard Hawks con Cary Grant y Ginger Rogers, y "No estamos casados" (1952), película de Edmund Goulding de nuevo con Ginger Rogers como estrella femenina.
En 1953 empezó a ocupar un lugar entre los rostros más conocidos de Hollywood gracias a las películas "Los caballeros las prefieren rubias" (1953) de Howard Hawks y "Como casarse con un millonario" (1953) de Jean Negulesco; títulos en los que compartió los protagónicos con otras mujeres estupendas de la época, como Jane Russell, Lauren Bacall o Betty Grable.