Favorita dalla bellezza fisica, fu tra il 1938 e il 1943 una delle figure femminili di maggior richiamo della cinematografia italiana. Delle sue interpretazioni si ricordano quelle di La cena delle beffe (1941), Addio giovinezza! (1941) e, soprattutto, di Ossessione (1942), dove, sotto la regia di Luchino Visconti, la Calamai rivelò la sua maturità di attrice in un personaggio di donna sensuale ed egoista, concepito al di fuori dei canoni romantici ancora in voga. Fra i film successivi si possono ricordare Addio, amore (1944) ed Enrico IV (1944), mentre nel dopoguerra è stata ancora attiva fra il 1946 ( L'adultera, per il quale vinse il Nastro d'argento dei critici cinematografici per la migliore interpretazione femminile) e il 1952 ( Carne inquieta). Fra le sue ultime più significative apparizioni è quella in Romanticismo (1951), in cui era la moglie del farmacista cospiratore. In seguito è tornata solo sporadicamente sullo schermo: memorabile resta la breve ma intensa caratterizzazione della donna di strada ne Le notti bianche (1957), di Visconti. La sua ultima apparizione è stata in Profondo rosso (1975) di Dario Argento, nella parte di un'anziana attrice assassina vestita di nero. Negli ultimi anni è vissuta ritirata, senza rimpianti, fuori da ogni mondanità, ma il suo carisma è rimasto immutato.