Per ricordare il volto di Lelia Goldoni si deve essere degli appassionati del cinema. In pochi infatti sanno che questo angelo moro che si è calato da sempre nell'inferno del cinema indipendente americano come interprete spettacolare e soprattutto sottovalutata, emergendo di tanto in tanto fra i grandi nomi di Hollywood per il brio e l'efficacia del suoi ritratti. Capace com'è di passare dal ruolo di una frizzante ragazza americana a quello di una sfatta signora di una polverosa America.
Di chiare origini italiane, studentessa dell'Actor's Studio, esordisce per la prima volta sul grande schermo niente meno che in un ruolo secondario, ma distintivo, del film di John Huston Stanotte sorgerà il sole (1949), accanto a Jennifer Jones e John Garfield, passando poi a Joseph L. Mankiewicz in Amaro destino(1949).
Bellissima ed effervescente, ottima ballerina di jazz, lascia il cinema per ben 10 anni, ritornando da questa lunga pausa come protagonista del film drammatico Ombre (1960) di John Cassavetes, dove interpreta la meticcia Lelia, alla ricerca della sua identità nella Manhattan Anni '50. Con un ruolo del genere non può che essere nominata ai BAFTA e Cassavetes poi la rivorrà nel cortometraggio My Daddy Can Lick Your Daddy (1962).
Protagonista anche della pellicola horror Il teatro della morte (1966) di Samuel Gallu con Christopher Lee (della Hammer), recita in Un colpo all'italiana (1969) di Peter Collins, con Michael Caine, e in Alice non abita più qui di Martin Scorsese, poi si imbruttisce per il ruolo di Vera, la cameriera tonta della tavola calda di Mel in Alice non abita più qui (1975) di Martin Scorsese, per il quale ruolo verrà nominata ai BAFTA una seconda volta come miglior attrice non protagonista accanto alla sua collega Diane Ladd che però la spunterà nella competizione.
Dopo Il giorno della locusta (1975) intraprende una lunghissima carriera televisiva, inserendosi al cinema solo per pellicole horror come Terrore dallo spazio profondo (1978) di Philip Kaufman o Una strada chiamata domani (1978) di Robert Mulligan.
Oggi è un membro dell'Actor's Studio, nonché una delle docenti della scuola di recitazione più prestigiosa al mondo e si impiega in piccole parti in telefilm come l'inedito Vega$ (1980) di Michael Mann e Avvocati a Los Angeles (1990). Spesso presente anche in pellicole indipendenti come Somebody to love (1994) di Alexandre Rockwell, dopo anni di assenza è tornata sul grande schermo americano con Irene in Time (2007) di Henry Jaglom.