Proveniente da una famiglia di emigrati tedeschi, giunti in Usa alla fine dell'800, vince, a 14 anni, un concorso di bellezza e rifiuta la carriera di insegnante cui i genitori l'hanno destinata. L'anno dopo entra nell'ambiente cinematografico, attrice di secondo piano. Nel 1924 è al fianco di John Barrymore è in Beau Brummel (Lord Brummel) di Harry Beaumont. Negli anni del muto ottiene numerose affermazioni in film storici e mitologici e in commedie di raffinata eleganza: è, infatti, interprete sofisticata, incline all'ironia. Una vita privata avventurosa (dopo la tempestosa relazione con John Barrymore si sposerà 4 volte) la conduce nel 1936 a invischiarsi in uno scandalo e a cedere all'alcolismo che rischia di tarparle le ali. Ma per poco. Mary si riprende, con alcuni film di grande successo, come The Prisoner of Zenda (Il prigioniero di Zenda, 1937) di John Cromwell, Hurricane (Uragano, 1937) di John Ford, Paradise for Three (Paradiso per tre, 1938) di Edward Buzzell, nei quali sostiene brillantemente ruoli di fianco. Ma il film per il quale è ricordata giunge, inaspettatamente, nel 1941, ed è il film di esordio di John Huston: The Maltese Falcon (Il mistero del falco), dove sostiene, accanto a Humphrey Bogart, la parte della perfida Brigid. Vince un Oscar per un ‘supporting role' con The Great Lie (La grande menzogna, 1941) di Edmund Goulding, a fianco di Bette Davis. In seguito le affidano parti di caratterista (spesso le toccano le madri possessive). Un esaurimento nervoso la porta sull'orlo del suicidio. Malata di cuore, dirada le apparizioni sullo schermo e si dedica all'attività letteraria (due autobiografie - My Story, 1951, e Mary Astor: A life on Film, 1971 - e cinque romanzi). Nel 1965 si era ritrovata al fianco di Bette Davis in Hush..., Hush... Sweet Charlotte (Piano, piano, dolce Carlotta) di Robert Aldrich.
Da Nuovo dizionario universale del cinema - Gli autori, Editori Riuniti 1996
