Elle continue sa formation prometteuse de ballerine mais sa grande taille et ses problèmes de santé dus à la malnutrition durant la guerre l'incitent à abandonner la danse. En 1951 et 1952 elle joue plusieurs rôles secondaires au cinéma, avant d'être remarquée par Colette qui lui propose alors d'interprêter le rôle principal de Gigi à Broadway.
En 1954, elle joue au théâtre dans la pièce de Jean Giraudoux
Ondine, avec Mel Ferrer qu'elle épousera plus tard la même année et dont elle aura un fils en 1960. Ils partageront plus tard l'affiche au cinéma dans
Guerre et Paix de King Vidor (1956) d'après le roman de Tolstoï, puis en 1959 elle jouera dans le film
Vertes Demeures, réalisé par son époux. En 1957, elle partage l'affiche avec Fred Astaire dans la comédie musicale
Drôle de Frimousse.
Sur la musique de Gershwin, le film est l'une des rares occasions qu'aura eu Audrey Hepburn de danser au cinéma. Le film est réalisé par Stanley Donen, qu'elle retrouvera en 1963 pour la comédie d'espionnage
Charade, où elle donne la réplique à Cary Grant, qui avait jusque là refusé de jouer avec elle à cause de leur différence d'âge. En 1959 elle joue une religieuse missionaire en Afrique dans
Au risque de se perdre de Fred Zinnemann, loin de son image de femme sophistiquée. Puis en 1960 dans le western anti-raciste,
Le vent de la plaine de John Huston. En 1961 elle interprète Holly Golightly dans
Diamants sur canapé (Breakfast at Tiffany's), l'adaptation de Blake Edwards du roman de Truman Capote,
Petit déjeuner chez Tiffany. A l'occasion de ce film elle interprète la chanson
Moon River pour laquelle Henry Mancini et Johnny Mercer reçurent l'oscar de la meilleure chanson. En 1964, elle retrouve William Holden dans la comédie
Deux têtes folles, remake du film
La fête à Henriette de Julien Duvivier. La même année elle interprète Eliza Doolitle dans
My Fair Lady, qui remporta un immense succès. Alors que son mariage bat de l'aile, elle retrouve Stanley Donen pour un film sur les problèmes conjugaux,
Voyage à deux, en 1967. La même année elle joue le rôle d'une aveugle dans le thriller
Seule dans la nuit, avant de mettre fin à sa carrière. Peu après son
divorce en 1968, elle se remarie avec le docteur Andrea Dotti, dont elle aura son second enfant. Ils divorceront en 1982 et Audrey s'installera avec l'acteur Robert Wolders. Elle fera encore quelques rares apparitions au cinéma, notamment avec
Sean Connery dans les rôles de
Robin des bois et Marianne vieillissants (
La Rose et la flèche, 1976). Elle fera une dernière apparition dans
Always de
Steven Spielberg en 1989. A partir de 1988, elle devient ambassadrice de l'
UNICEF, et s'investit pour aider les enfants dans de nombreux pays d'Afrique, d'Amérique latine et d'Asie. Elle poursuivra son engagement jusqu'à sa mort en 1993 à Tolochenaz, en Suisse d'un cancer du côlon. Couverte de récompenses, cinq fois nominée aux
oscars, Audrey Hepburn reste une icone parmi les stars des années 50 et 60. Symbole de la sophistication, ce n'est pas un hasard si aujourd'hui des images d'Audrey Hepburn se retrouvent sur toutes sortes d'objets, du livre de photos au paravent. Sa vie a fait l'objet d'une biographie au cinéma, en 2000 sous le titre
The Audrey Hepburn Story.