Va estudiar magisteri, i va treballar durant un temps de mestra.
El 1946 va guanyar un concurs de bellesa a Ohio, i el premi va consistir en un viatge a Hollywood. La 20th Century Fox la va contractar immediatament, i un any més tard ja va actuar en El capità de Castella (Captain from Castile) al costat de Tyrone Power. Aquesta pel·lícula la va llançar a la fama com una de les actrius més atractives del moment.
Els estudis la van encasellar durant un temps en papers de dones atractives i sensuals, però al mateix temps dinàmiques i emprenedores.
El 1957 es va casar amb Howard Hughes i es va retirar del cinema. Després del seu divorci el 1971 va tornar a la interpretació, en televisió, mitjà en què va fer diverses pel·lícules i minisèries.
Peters va estar casada en tres ocasions. Es va divorciar del seu primer espòs, i el segon va ser Howard Hughes, el famós i excèntric empresari aeronàutic, amb el qual va estar casada 14 anys, i que li va donar una enorme notorietat. El seu tercer marit va morir després de 19 anys de matrimoni.
Peters va morir d'una leucèmia a Carlsbad, Califòrnia, als 74 anys.