Hija del bailarín Eduardo Cansino, natural de Castilleja de la Cuesta (Sevilla, España), y de Volga Hayworth, de origen irlandés. Rita empezó su carrera como bailarina junto a su padre, y con su nombre real, a la temprana edad de 13 años.
Llegó a Hollywood en 1933, y desde 1935 participó como actriz en papeles secundarios, realizando muchas películas de serie B en las que sobre todo destacó por sus dotes para la danza, o por su elegante aspecto. De esta etapa destaca la película Charlie Chan en Egipto (1937), de Louis King, película perteneciente a la saga dedicada al célebre detective oriental, en la que trabajó junto a Warner Oland, que encarnaba a Chan.
Fue su marido, por aquel entonces Edward Judson, quien la lanzó al estrellato, convirtiéndola en su mejor inversión personal. Judson le consiguió un contrato con Columbia Pictures, productora que necesitaba de estrellas importantes y a quien la actriz acabaría colocando entre las primeras compañías cinematográficas, reportándole a la empresa millonarios ingresos sólo con su presencia. «Rita Hayworth es la Columbia», dijo Frank Sinatra. Para entonces, Harry Cohn, magnate de la productora, se enamoró de ella. La presión y las disputas por este motivo entre la actriz y el productor, darían mucho qué hablar entre los profesionales de la industria, y él estuvo toda la vida obsesionado con ella, que no respondió nunca a sus requerimientos amorosos.

Su primer papel importante fue como actriz secundaria en la película: Sólo los ángeles tienen alas (1939), de Howard Hawks, lo que hizo que la crítica cinematográfica se empezara a fijar en ella. Ella poseía una personalidad tímida y bondadosa, que contrastaba con su fuerza y enorme impacto en la pantalla; en este film, compartió cartel con Cary Grant, Jean Arthur y Thomas Mitchell. Luego rodó una comedia junto a Brian Aherne: Una dama en cuestión (1940), de Charles Vidor.
Rita ingresó triunfante en la Twenty Century Fox (compañía que años atrás la había rechazado), reclamada por el director Rouben Mamoulian, para interpretar a Doña Sol en la superproducción basada en la novela de Vicente Blasco Ibáñez, Sangre y arena (1941), junto a Tyrone Power y Linda Darnell. Esta película significó su lanzamiento como sex symbol indiscutible durante toda una década. Su carrera la convirtió en una de las grandes estrellas de su época y en la actriz mejor pagada del cine.
Luego intervino en dos comedias musicales de amplio eco popular, junto a Fred Astaire: Desde aquel beso (1941), de Sidney Lamfield, y Bailando nace el amor (1942), de William A. Seiter. Estos éxitos y su talento la llevaron a protagonizar un musical ya clásico, Las modelos (1944), de Charles Vidor, junto a Gene Kelly y Phil Silvers, filme innovador en su día, al trasladar los números de baile de salón a ambientaciones callejeras. En esa época rodó The Strawberry Blonde (1941), de Raoul Walsh, junto a James Cagney y Olivia de Havilland; Mi mujer favorita (1942), de Irving Cummings una cinta de corte biográfico junto a Victor Mature y Carole Landis; y Esta noche y todas las noches (1945), de Victor Saville, un musical que fluctúa entre la comedia y el drama de tono menor, junto a Lee Bowman y Janet Blair.

No obstante, su fama como mito erótico se consolidó con Gilda (1946), de Charles Vidor, una de las grandes películas del cine negro, en la que tan sólo con un brevísimo, pero sugerente strip-tease, y la recepción de una bofetada consiguió récords de taquilla en todo el mundo. Dicha bofetada se convertiría en la más famosa de la historia del cine estadounidense, y fue propinada por su pareja en el film, Glenn Ford, en respuesta a la que Hayworth le había dado momentos antes.
La película fue un escándalo, y en países como España fue considerada "gravemente peligrosa" por la Iglesia Católica, debido a su strip-tease insinuante, en la famosa escena donde se quita un guante. Esta película la hizo inmensamente famosa, hasta el punto de que se colocó su imagen en la bomba atómica de pruebas arrojada por Estados Unidos sobre las Islas Bikini. Dado el carácter pacifista de la actriz, este hecho la indignó profundamente. También ocasionó una histérica expedición a la Cordillera de los Andes, a fin de enterrar allí una copia de la película, para que se conservase en caso de un desastre nuclear.
Este momento de fama internacional también coincide con una de sus crisis en lo personal: su matrimonio con el príncipe Ali Khan entró en crisis, y ella declaró a la prensa una frase que se haría célebre: «Todos los hombres que conozco se acuestan con Gilda, pero se levantan conmigo».
La suerte profesional parece ir en racha, y en 1947 rueda, junto a su nuevo marido, el director Orson Welles, un filme que fue en su día maldito, pero que resultó de enorme trascendencia: La dama de Shangai.
La película no tuvo mucho éxito comercial porque Welles le cortó el pelo, la tiñó de rubio platino, le dio un papel de arpía y la mató al final de la película, cosa que no gustó mucho a su público. Sin embargo, forma parte de la mitología del cine por su narrativa, estilística y ritmo, y Rita Hayworth declaró años después que «sabía que estábamos haciendo un clásico mientras la rodábamos».
Gilda, el papel más importante de su carrera, fue también el que marcó el inicio de su declive como estrella de Hollywood, ya que nunca consiguió el mismo éxito como símbolo sexual en ninguna de sus películas posteriores. Sin embargo, fue y es la película que la convirtió en una actriz inolvidable: «Nunca hubo una mujer como Gilda», se dijo.

ros títulos destacados de su filmografía son Los amores de Carmen (1948) y La dama de Trinidad (1952), que no lograron reeditar el éxito de Gilda, pese a repetir pareja protagonista con Glenn Ford (para el escritor y cinéfilo Terenci Moix, Rita fue la mejor 'Carmen' del cine); Salomé (1953), de William Dieterle, recreando la historia bíblica, junto a Stewart Granger y Charles Laughton; La bella del Pacífico (1953), de Curtis Bernhardt, nueva versión de un clásico de William Somerset Maugham ya adaptado para el cine en la década de 1920; Pal Joey (1957), que fue su último musical, rotundo triunfo de la actriz en su madurez física e interpretativa, que incluye un número que ha pasado a la historia del género; Fuego escondido (1957), de Robert Parrish, junto a Robert Mitchum y Jack Lemmon; y Mesas separadas (1958), de Delbert Mann, junto a Burt Lancaster, Deborah Kerr, Wendy Hiller y David Niven.
Rita nunca fue nominada a los premios Oscar, pero asistió a la 36ª ceremonia de dichos premios, para entregar el premio a la mejor dirección en 1964, antes de que en esa década empezara a tener problemas de memoria.
Durante la década de 1960 y principios de la de 1970 trabajó en producciones modestas, de serie B, y en algunas coproducciones europeas, mostrando su declive físico e intelectual, ya que comenzaba a mostrar síntomas de la Enfermedad de Alzheimer, que le impedía memorizar bien los guiones.
En este interín se retiró a la Argentina unos años, mas especificamente a la ciudad de Puerto Madryn, la cual le habia sido recomendada por el aire marítimo y el clima Patagónico. Este se consideraba en aquellas epocas beneficioso para detener el avance de la enfermedad memorial que la acosaba.

De esta última etapa destacan tres títulos: El fabuloso mundo del circo (1964) de Henry Hathaway, junto a John Wayne y Claudia Cardinale; El aventurero (1967), de Terence Young, junto a Anthony Quinn; y La ira de Dios (1972), de Ralph Nelson), que fue su última interpretación en la gran pantalla.

Se llegó a casar 5 veces: las dos ya mencionadas, con Edward Judson y Orson Welles, tuvieron una hija Rebecca. Con el principe Ali Khan con el que tuvo a su segundo hijo Yasmín Khan; con el actor Dick Haymes, y con James Hill, director de Nacida libre.
Para empezar a trabajar en el cine tuvieron que someterla a una transformación que consistió básicamente en estrictas dietas alimenticias para adelgazar, y someterla a electrólisis para acentuarle el pico del pelo de la frente.
Antes de cumplir los 50 años empezó a tener problemas de memoria. Padecía la Enfermedad de Alzheimer, enfermedad no diagnosticada en la época y que se confundió con alcoholismo.
Murió en el año 1987, a los 68 años, víctima de dicha enfermedad, que padecía desde la década de 1960, pero que no le fue diagnosticada hasta 1980. Está sepultada en el Cementerio de Holy Cross en Culver City, California.
Rita Hayworth es considerada una de las estrellas indiscutibles del cine, una mujer de mucha belleza e instinto para la interpretación, con una personalidad y una profundidad que trascendió su trabajo en el cine y que, como afirmó el director George Cukor, consiguió que sus fans se interesasen por la persona más que por sus personajes.
Tiene una estrella en el Paseo de la Fama de Hollywood Boulevard en 1645 Vine Street.

Más información sobre Rita Hayworth