1950'lerin en ünlü oyuncularından biriydi. En önemli rollerinden birini Alfred Hitchcock'un "Ölüm Korkusu" (Vertigo, 1958) filminde oynamıştır.

Novak, öğrencilik yıllarında kazandığı bir burs ile ünlü Chicago Art Institute'e girmeyi başardı. Lisenin ardından mankenlik yapmaya başladığı sıralarda kazandığı bir başka burs sayesinde model okuluna girdi.

1954 yılında "The French Line" filmi ile 21 yaşındayken sinemaya ilk adımı attı. Sinemada gerçek anlamdaki ilk rolü "Pushover" (1954) filmi ile oldu. Burada çok başarılı bir oyunculuk çıkaramamasına rağmen güzelliği oldukça dikkat çekti ve kısa zamanda bir hayran kitlesine ulaştı. Ardından Judy Holliday, Jack Lemmon ve Jack Carson ile birlikte rol aldığı ve bir femme fataleyi canlandırdığı "Phffft!" (1954) filminde oynadı ve eleştirmenlerden iyi yorumlar aldı.

Başrolü William Holden ile paylaştığı Picnic (1955) filmi ile Umut Vadeden Genç Oyuncu olarak Altın Küre Ödülü' nü kazandı. Kim Novak, bu ödülün ardından En İyi Yabancı oyuncu dalında BAFTA Ödülleri Ödülü'ne de aday gösterildi. Frank Sinatra ile başrolleri paylaştığı "Altın Kollu Adam" (The Man with the Golden Arm, 1955) filmi gişede büyük başarı kazandı. Bu filmin başarısının ardından yine Sinatra ile Rita Hayworth'ın da rol aldığı "Pal Joey" (1957) filminde rol aldı.

1958 yılında, bir Alfred Hitchcock klasiği ve Novak' ın bugün en çok hatırlanacağı film olan "Vertigo" adlı yapımda James Stewart' ın gizemli sevgilisi sarışın Madeleine Elster ve onun gerçek kimliği olan esmer tezgâhtar Judy Barton rollerini oynadı.

1962'de Jack Lemmon'la üçüncü ve son kez "The Notorious Landlady" filminde birlikte çalıştı. Bir Somerset Maugham draması olan "Of Human Bondage" (1964) filminde Laurence Harvey ile rol aldıktan sonra aynı yıl, Billy Wilder' ın yönetmenliğini yaptığı kült film "Kiss Me, Stupid" adlı yapımda Ray Walston ve Dean Martin ile oynadı. 1965'te Richard Johnson ve Angela Lansbury ile birlikte çevirdiği "The Amorous Adventures of Moll Flanders" filminin ardından bir süre için Hollywood'daki film çalışmalarına ara verdi.

Novak'ın perdeye geri dönüşü 1968'de "The Legend of Lylah Clare" filmi ile oldu. Oscarlı oyuncular Peter Finch ve Ernest Borgnine ile çalıştığı bu filmde, genç oyuncu Elsa Brinkmann ve bir cinayete kurban giden eski film yıldızı Lylah Clare olmak üzere iki rolü birden canlandırdı. Kim Novak, "The Great Bank Robbery" (1969) filminin ardından dört yıl kadar sahnelerden uzak kaldı.

1973'te bir korku filmi olan "Tales That Witness Madness" filminde önemli karakterlerden biri olan Auriol Pageant karakterini canlandırdı. 1979'da bir Agatha Christie uyarlaması olan "The Mirror Crack'd" adlı yapımda Angela Lansbury, Tony Curtis, Rock Hudson ve Elizabeth Taylor ile birlikte rol aldı.