Filha de Elizabeth e Geral Peters, cresceu em Canton, estudou na universidade de Michigan e mais tarde na Universidade de Ohio. Enquanto estudava, se candidatou aon concurso de Miss Miss Estado de Ohio em 1945. Entre as 12 finalistas, Peters venceu. Patrocinada pelo fotógrafo Paul Robinson, seu grande prêmio foi um teste com 20th Century Fox.

Seu primeiro filme, "Captain from Castile" (1947) foi um grande sucesso, e daí em diante Peters fez filmes explorando seu 'sex appeal', geralmente dramas e faroestes. O diretor Samuel Fuller escolheu Peters ao invés de Marilyn Monroe para o papel no filme "Pickup on South Street" de 1953. Ele achava que Peters tinha a dose certa de sex appeal e que Marilyn era muito inocente para o papel. Peters e Monroe acabaram estrelando juntas um outro filme de 1953. "Niagara".
Em 1957, depois de se divorciar do seu primeiro marido, Stuart Cramer, Peters se casou com Howard Hughes, pouco antes dele se tornar recluso. Ela se aposentou das telas durante o casamento. Em 1971, Peters e Hughes se divorciaram. Ela concordou em receber uma boa pensão alimentícia anual. No mesmo ano se casou com Stanley Hough, um executivo da Twentieth-Century Fox.
Peters faleceu de leucemia em Carlsbad, California, dois dias antes do seu aniversário de 74 anos.

Cônjuge: Howard Hughes (de 1957 a 1971), Stuart Cramer (de 1954 a 1955)
Irmãs: Arlen Stuart
Pais: Gerald Peters, Elizabeth Peters