Родилась в маленьком городе Радерсбург, штат Монтана, США, в семье ранчеро Дэвида Франклина Уильямса, родом из Уэльса, и его жены Деллы Маэ. Мать Мирны получила образование в Американской музыкальной консерватории в Чикаго и хорошо играла на пианино. Отец в возрасте двадцати трёх лет увлекся политикой, был одним из самых молодых членов законодательного совета штата Монтана.
Детство Мирны прошло на ранчо отца, далее её семья переехала в город Хелена неподалеку, где Мирна в возрасте двенадцати лет дебютировала на сцене театра, исполнив танец в постановке Синяя птица. После смерти отца в ноябре 1918 года Мирна с матерью и братом Дэвидом перебрались в Лос-Анджелес. К пятнадцати годам Мирна начала появляться в небольших ролях в местных театральных постановках.
Первая значительная популярность пришла к актрисе в 1934 году после двух важных в её карьере картин: фильма «Манхеттенская мелодрама» с Кларком Гейблом и Уильямом Пауэллом — истории о двух друзьях детства, которые, повзрослев, оказались по разные стороны закона и стали соперниками в борьбе за любовь героини Мирны, — и детективной комедии «Тонкий человек» по роману Дашиэлла Хаммета, где её партнером вновь оказался Пауэлл. Роль Норы Чарльз, супруги отошедшего от дел детектива Ника Чарльза, стала поворотной в карьере актрисы — зрители с восторгом приняли этот остроумный и лёгкий фильм и полюбили его главных героев.
| Год | Название | Роль | Тип |
|---|---|---|---|
| 2015 | Leslie Howard: The Man Who Gave a Damn | В роли себя (архивные кадры) | Фильм |
| 2009 | 1939: Hollywood's Greatest Year | В роли себя (архивные кадры) | Фильм |
| 2008 | Не нарушай заповеди: Секс, грех и цензура в Голливуде до кодекса | Gertie Waxted (архивные кадры) | Фильм |
| 2007 | Why Be Good?: Sexuality & Censorship in Early Cinema | В роли себя (архивные кадры) | Фильм |
| 2005 | William Powell: A True Gentleman | Фильм | |
| 2003 | Complicated Women | В роли себя (архивные кадры) | Фильм |
| 1995 | The First 100 Years: A Celebration of American Movies | В роли себя (архивные кадры) | Фильм |
| 1994 | Вот это развлечение! Часть 3 | (архивные кадры) | Фильм |
| 1990 | Myrna Loy: So Nice to Come Home To | (архивные кадры) | Фильм |
| 1988 | Американское приключение | В роли себя (архивные кадры) (нет в титрах) | Сериал |
| 1987 | James Stewart: A Wonderful Life | В роли себя (архивные кадры) | Фильм |
| 1986 | The Spencer Tracy Legacy: A Tribute by Katharine Hepburn | В роли себя (архивные кадры) | Фильм |
| 1982 | Ночь сотни звёзд | В роли себя | Фильм |
| 1981 | Summer Solstice | Margaret | Фильм |
| 1980 | Скажи, что тебе нужно | Stella Liberti | Фильм |
| 1978 | Премия центра Кеннеди | В роли себя | Сериал |
| 1978 | Конец | Maureen Lawson | Фильм |
| 1977 | Муравьи убийцы | Ethel | Фильм |
| 1976 | Вот это развлечение! Часть 2 | (архивные кадры) | Фильм |
| 1975 | Brother, Can You Spare a Dime? | В роли себя (архивные кадры) | Фильм |
| 1974 | Аэропорт | Mrs. Devaney | Фильм |
| 1974 | The Elevator | Amanda Kenyon | Фильм |
| 1974 | Indict and Convict | Judge Christine Tayloy | Фильм |
| 1973 | The American Film Institute Salute to ... | В роли себя | Сериал |
| 1972 | The Couple Takes a Wife | Barbara's Mother | Фильм |
| 1972 | Hollywood: The Dream Factory | В роли себя (архивные кадры) | Фильм |
| 1971 | Do Not Fold, Spindle, or Mutilate | Evelyn Tryon | Фильм |
| 1971 | Death Takes a Holiday | Selena Chapman | Фильм |
| 1971 | Коломбо | Lizzi Fielding | Сериал |
| 1969 | Апрельские безумства | Grace Greenlaw | Фильм |
| 1967 | Айронсайд | Andrea Wollcott | Сериал |
| 1966 | Семейное дело | Сериал | |
| 1964 | Большой парад комедии | Nora Charles (архивные кадры) | Фильм |
| 1962 | Шоу Мерва Гриффина | В роли себя | Сериал |
| 1962 | Виргинцы | Mrs. Miles | Сериал |
| 1961 | Шоу Майка Дугласа | В роли себя | Сериал |
| 1961 | Легенда о Рудольфе Валентино | В роли себя (архивные кадры) | Фильм |
| 1960 | Полуночное кружево | Aunt Bea | Фильм |
| 1960 | С террасы | Martha Eaton | Фильм |
| 1959 | The DuPont Show with June Allyson | Mary Sidney | Сериал |
| 1959 | Meet Me in St. Louis | Anna Smith | Фильм |
| 1959 | Одинокие сердца | Florence Shrike | Фильм |
| 1956 | The Ambassador's Daughter | Mrs. Cartwright | Фильм |
| 1954 | Шоу Джорджа Гобела | В роли себя | Сериал |
| 1953 | Театр «Дженерал Электрик» | Kate Kennedy, Maggie Webster, Allie Evans | Сериал |
| 1952 | Belles on Their Toes | Lillian Gilbreth | Фильм |
| 1951 | Театр звезд Шлица | Nancy Knox | Сериал |
| 1950 | Оптом дешевле | Lillian Gilbreth | Фильм |
| 1950 | Чем я занимаюсь? | Self - Mystery Guest | Сериал |
| 1949 | That Dangerous Age | Lady Cathy Brooke | Фильм |
| 1949 | Рыжий пони | Alice Tiflin | Фильм |
| 1948 | Мистер Блэндингз строит дом своей мечты | Muriel Blandings | Фильм |
| 1947 | The Senator Was Indiscreet | Mrs. Ashton (нет в титрах) | Фильм |
| 1947 | Холостяк и девчонка | Margaret | Фильм |
| 1947 | Песня тонкого человека | Nora Charles | Фильм |
| 1946 | Лучшие годы нашей жизни | Milly Stephenson | Фильм |
| 1946 | So Goes My Love | Jane Budden Maxim | Фильм |
| 1944 | Тонкий человек едет домой | Nora Charles | Фильм |
| 1944 | Twenty Years After | (архивные кадры) | Фильм |
| 1943 | Show-Business at War | В роли себя | Фильм |
| 1941 | Тень тонкого человека | Nora Charles | Фильм |
| 1941 | Любовное безумие | Susan Ireland | Фильм |
| 1940 | A New Romance of Celluloid: The Miracle of Sound | В роли себя | Фильм |
| 1940 | Third Finger, Left Hand | Margot Sherwood Merrick | Фильм |
| 1940 | Я люблю тебя снова | Kay Wilson | Фильм |
| 1940 | Trifles of Importance | В роли себя (архивные кадры) | Фильм |
| 1940 | Hollywood: Style Center of the World | В роли себя | Фильм |
| 1940 | Northward, Ho! | В роли себя | Фильм |
| 1939 | Другой тонкий человек | Nora Charles | Фильм |
| 1939 | Пришли дожди | Lady Edwina Esketh | Фильм |
| 1939 | From the Ends of the Earth | В роли себя | Фильм |
| 1939 | Lucky Night | Cora Jordan | Фильм |
| 1938 | Too Hot to Handle | Alma Harding | Фильм |
| 1938 | Летчик-испытатель | Ann "Thursday" Barton | Фильм |
| 1938 | Another Romance of Celluloid | В роли себя (нет в титрах) | Фильм |
| 1938 | Man-Proof | Mimi Swift | Фильм |
| 1937 | Двойная свадьба | Margit Agnew | Фильм |
| 1937 | The Romance of Celluloid | В роли себя (архивные кадры) | Фильм |
| 1937 | Parnell | Katie O'Shea | Фильм |
| 1936 | После тонкого человека | Nora Charles | Фильм |
| 1936 | Оклеветанная | Connie Allenbury | Фильм |
| 1936 | To Mary - with Love | Mary Wallace | Фильм |
| 1936 | Великий Зигфилд | Billie Burke | Фильм |
| 1936 | Petticoat Fever | Irene Campton | Фильм |
| 1936 | Жена против секретарши | Linda Stanhope | Фильм |
| 1935 | Whipsaw | Vivian Palmer | Фильм |
| 1935 | Wings in the Dark | Sheila Mason | Фильм |
| 1934 | Бродвей Билл | Alice 'Princess' Higgins | Фильм |
| 1934 | Эвелин Прентис | Evelyn Prentice | Фильм |
| 1934 | Stamboul Quest | Annemarie, aka Fräulein Doktor and Helena Bohlen | Фильм |
| 1934 | Тонкий человек | Nora Charles | Фильм |
| 1934 | Манхэттенская мелодрама | Eleanor Packer | Фильм |
| 1934 | Мужчина в белом | Laura Hudson | Фильм |
| 1933 | The Prizefighter and the Lady | Belle Mercer | Фильм |
| 1933 | Ночной полет | Wife of Brazilian Pilot | Фильм |
| 1933 | Пентхаус | Gertie Waxted | Фильм |
| 1933 | Когда дамы встречаются | Mary Howard | Фильм |
| 1933 | Варвар | Diana 'Di' Standing | Фильм |
| 1933 | Scarlet River | В роли себя (нет в титрах) | Фильм |
| 1933 | Топаз | Coco | Фильм |
| 1932 | Царство зверей | Cecelia | Фильм |
| 1932 | Маска Фу Манчу | Fah Lo See | Фильм |
| 1932 | Тринадцать женщин | Ursula Georgi | Фильм |
| 1932 | Люби меня сегодня | Countess Valentine | Фильм |
| 1932 | Новая мораль для стариков | Myra | Фильм |
| 1932 | Женщина в комнате 13 | Sari Loder | Фильм |
| 1932 | The Wet Parade | Eileen Pinchon | Фильм |
| 1932 | Ярмарка тщеславия | Becky Sharp | Фильм |
| 1932 | Эмма | Isabelle | Фильм |
| 1931 | Доктор Эрроусмит | Joyce Lanyon | Фильм |
| 1931 | Утешительный брак | Elaine Brandon | Фильм |
| 1931 | Skyline | Paula Lambert | Фильм |
| 1931 | Rebound | Evie Lawrence | Фильм |
| 1931 | Трансатлантический корабль | Kay Graham | Фильм |
| 1931 | Взятка | Flo Curtis | Фильм |
| 1931 | Янки из Коннектикута | Queen Morgan le Fay / Evil Sister in Mansion | Фильм |
| 1931 | Тело и душа | Alice Lester | Фильм |
| 1931 | The Naughty Flirt | Linda Gregory | Фильм |
| 1930 | The Devil to Pay! | Mary Crayle | Фильм |
| 1930 | Rogue of the Rio Grande | Carmita | Фильм |
| 1930 | The Truth About Youth | Kara | Фильм |
| 1930 | Renegades | Eleanore | Фильм |
| 1930 | The Bad Man | (нет в титрах) | Фильм |
| 1930 | The Jazz Cinderella | Mildred Vane | Фильм |
| 1930 | The Last of the Duanes | Lola Bland | Фильм |
| 1930 | Bride of the Regiment | Sophie | Фильм |
| 1930 | Cock o' the Walk | Narita | Фильм |
| 1930 | Under a Texas Moon | Lolita Romero | Фильм |
| 1930 | Isle of Escape | Moira | Фильм |
| 1930 | Cameo Kirby | Lea | Фильм |
| 1929 | Evidence | Native Girl | Фильм |
| 1929 | The Show of Shows | Performer in 'What Became of the Floradora Boys' & 'Chinese Fantasy' Numbers | Фильм |
| 1929 | The Great Divide | Manuella | Фильм |
| 1929 | The Black Watch | Yasmani | Фильм |
| 1929 | The Squall | Nubi | Фильм |
| 1929 | The Desert Song | Azuri | Фильм |
| 1929 | Hardboiled Rose | Rose Duhamel | Фильм |
| 1929 | Fancy Baggage | Myrna | Фильм |
| 1928 | Ноев ковчег | Showgirl / Slave Girl | Фильм |
| 1928 | The Midnight Taxi | Gertie Fairfax | Фильм |
| 1928 | State Street Sadie | Sadie | Фильм |
| 1928 | Pay as You Enter | Yvonne De Russo | Фильм |
| 1928 | The Crimson City | Isobel | Фильм |
| 1928 | Turn Back the Hours | Tiza Torreon | Фильм |
| 1928 | Девушка в каждом порту | Jetta - Girl in Singapore (нет в титрах) | Фильм |
| 1928 | What Price Beauty? | Vamp | Фильм |
| 1928 | Beware of Married Men | Juanita Sheldon | Фильм |
| 1927 | If I Were Single | Joan Whitley | Фильм |
| 1927 | Ham and Eggs at the Front | Fifi | Фильм |
| 1927 | The Girl from Chicago | Mary Carlton | Фильм |