Figlia di un agricoltore di Staplehurst, si diplomò alla high school, studiando poi recitazione alla Hamline University di Saint Paul (Minnesota), dove conseguì un Bachelor of Arts. Dopo la laurea, iniziò a viaggiare attraverso l'America, raggiungendo la California e fermandosi nella località turistica di La Jolla, dove lavorò come cameriera. Dopo alcune settimane si trasferì a Los Angeles e si iscrisse ad una scuola di recitazione. Le sue apparizioni sul palcoscenico in Letters to Lucerne e Brief Music, le consentirono di farsi notare dai talent-scout della 20th Century Fox, che nel 1944 la fecero scritturare dalla grande major cinematografica per i film La fidanzata di tutti (1944), Festa d'amore (1945), Tre ragazze in blu (1946), in cui però non fu accreditata ufficialmente.
Attiva nel cinema fino al 1968, la Gray lavorò anche per il piccolo schermo dagli anni cinquanta, partecipando a diverse serie televisive fra cui, a inizio degli anni settanta, una puntata pilota della serie Ellery Queen. Ebbe anche una breve esperienza teatrale durante i suoi primi anni hollywoodiani, quando apparve a Broadway nella commediaLeaf and Bough di Joseph Hayes, messa in scena nel 1949 dal registaRouben Mamoulian e interpretata dall'allora emergente Charlton Heston.
Vita privata
Coleen Gray si sposò per la prima volta il 10 agosto 1945 con lo sceneggiatore e futuro regista Rodney Amateau, da cui ebbe la figlia Susan (nata nel 1946) e da cui divorziò l'11 febbraio 1949. Dal secondo matrimonio con il pilota di aerei William Clymer Bidlack, celebrato il 14 luglio 1953, la Gray ebbe un altro figlio, Bruce Robin, nato nel 1954. Dopo la morte di Bidlack nel 1978, l'anno successivo la Gray sposò in terze nozze Fritz Zeiser, assieme al quale svolge attività di volontariato per l'organizzazione non profitPrison Fellowship, un'associazione per l'assistenza dei detenuti e delle loro famiglie, fondata nel 1976 da Chuck Colson, a sua volta ex detenuto e reo confesso dello scandalo Watergate.
Perry Mason prima serie: quarta stagione, episodio 6 The Case of the Wandering Widow (1960); quinta stagione, episodio 19 The Case of the Glamorous Ghost (1962); settima stagione, episodio 19 The Case of the Fifty-Millionth Frenchman (1964); nona stagione, episodio 24 The Case of the Fanciful Frail (1966)
Mannix, quinta stagione, episodio 11 The Man Outside (1971)
Sesto senso (The Sixth Sense), prima stagione, episodio 11 Whisper of Evil (1972)
Uno sceriffo a New York (McCloud), quinta stagione, episodio 2, The Gang that stole Manhattan (1974), episodio 7 Lady on the Run (1975) ed episodio 9 Return to the Alamo (1975); settima stagione, episodio 5 London Bridges (1977)
