Nato a Milwaukee, nello stato del Wisconsin, secondogenito di un venditore di camion, all’inizio della prima guerra mondiale, poco più che adolescente, Tracy lasciò la scuola per arruolarsi in Marina, ma rimase a Norfolk (Virginia) per tutta la durata del conflitto. Dopodiché si iscrisse al Ripon College, dove apparve in una rappresentazione dal titolo The Truth (La verità). Questa esperienza gli fece prendere la decisione di diventare un attore.
All’inizio degli anni venti frequentò così l’Accademia americana di arti drammatiche di New York, recitando per diversi anni in teatri minori del Michigan, e poi in Canada e nell’Ohio. Nel frattempo si sposò nel 1923 con Louise Treadwell, dalla quale ebbe due figli, John e Louise, detta Susie.
Nel 1930, dopo una lunga gavetta sui palcoscenici, Tracy fece il suo debutto a Broadway in The Last Mile e venne notato dal regista John Ford, che gli fece firmare un contratto con la 20th Century Fox per partecipare al film Up the River. Poco dopo si trasferì con la famiglia a Hollywood, dove partecipò ad oltre trentacinque film in cinque anni.
Nel 1935 firmò un contratto con la MGM e vinse l’Oscar quale miglior attore in due edizioni consecutive per Capitani coraggiosi nel 1938, e La città dei ragazzi nel 1939, record che verrà eguagliato solo nel 1994 e nel 1995 da Tom Hanks. Relativamente a quest’ultimo Oscar, la statuetta recava l’errata incisione di “Dick Tracy”, invece di quella del nome corretto dell’attore.
Tracy ebbe la nomination anche per San Francisco (1936), Il padre della sposa (1950), Giorno maledetto (1955), Il vecchio e il mare (1958), …e l’uomo creò Satana (1960), Vincitori e vinti (1961), Indovina chi viene a cena? (1967). Condivide con Laurence Olivier il record per le nomination all’Oscar al miglior attore protagonista.
Nel 1941 iniziò una duratura ed importante relazione con l’attrice Katharine Hepburn, con la quale girò nove film. Nonostante non vivesse più con la moglie Louise, non divorziò mai da lei, poiché il figlio John era afflitto da handicap.
Due settimane dopo aver terminato le riprese di Indovina chi viene a cena?, Tracy morì di infarto, all’età di 67 anni. Da tempo soffriva di diabete ed enfisema, probabilmente legati anche alla passata dipendenza da alcool e fumo. Malgrado il duraturo e solido legame che la legava all’attore, per una forma di riguardo verso la famiglia Tracy, la Hepburn non presenziò ai funerali. Tracy è sepolto nel cimitero Forest Lawn Memorial Park di Glendale, in California.