Durante a Segunda Guerra Mundial, alistou-se na Marinha dos Estados Unidos e após a guerra mudou-se para Los Angeles, onde trabalhou em vários ofícios (carteiro, camionista, motorista de táxi), alternando estes trabalhos com numerosos elencos.
No final dos anos 40 conseguiu aparecer em pequenos papéis, conseguindo um contrato com a Universal Studios em 1949. A referida produtora considerou-o um actor muito promissor, com grande magnetismo para o público feminino, e submeteu-o a treinos que incluíam aulas de representação, dança e canto, esgrima, equitação, etc.
Entre os seus primeiros filmes, ainda com papéis menores, incluem-se o Esquadrão de Combate de Raoul Walsh (1948), com Edmond O’Brien e Robert Stack, e o Winchester ’73 de Anthony Mann (1950), estrelado por James Stewart.
Durante os anos 50 e início dos anos 60, tornou-se um dos grandes protagonistas de Hollywood, trabalhando com Jane Wyman em Obsession (1954) e Heaven Only Knows (1955), e com Lauren Bacall em Written on the Wind (1956); todos os três filmes, realizados por Douglas Sirk. É também recordado pelo seu papel de protagonista em Orgulho e Corrida (Capitão Lightfoot, 1955). No Gigante de George Stevens (1956), esfregou os ombros com James Dean e Elizabeth Taylor; por este papel recebeu a sua única nomeação ao Oscar. Em 1957, estrelou no filme de guerra Battle Hymn ao lado de Anna Kashfi e Dan Duryea.
Segundo o sucesso de Michael Gordon’s Confidences at Midnight (1959), no qual partilhou o ecrã com Doris Day, ela estrelou nos anos seguintes em várias comédias incluindo Delbert Mann’s Pajamas for Two (1961) e Howard Hawks’ Her Favorite Game (1963). Mais tarde, diversificou os seus papéis ao aparecer em dois filmes de guerra, Tobruk (1967) em frente a George Peppard, e John Sturges’ Ice Station Zebra (1968), com Ernest Borgnine.
Nos anos 70 a sua carreira cinematográfica diminuiu, embora tenha aparecido no filme musical de Blake Edwards Darling Lili (1970), em frente a Julie Andrews, e na comédia de crimes misteriosos Pretty Maids All in a Row, de Roger Vadim, em frente a Angie Dickinson. Em 1978 filmou com Mia Farrow no género de produção fracassada Avalanche. Hudson manteve a sua popularidade através da televisão ao estrelar numa série de crime bem sucedida, McMillan and Wife, em frente a Susan Saint James; várias estações foram filmadas de 1971-77.
Em 1980 filmou The Broken Mirror ao lado da sua amiga Elizabeth Taylor, Angela Lansbury, Tony Curtis e inúmeras outras estrelas veteranas. O seu último filme é O Embaixador (Embaixador no Médio Oriente) de J. Lee Thompson, de 1984, onde trabalhou ao lado de Robert Mitchum, Ellen Burstyn, Donald Pleasence e Fabio Testi.
A sua aparência masculina, com um físico atlético e grande estatura (1,88), era muito apreciada pelo público feminino da época, que não suspeitava minimamente da sua homossexualidade, escondida pelo actor e conhecida apenas nos seus círculos mais íntimos.