Nació en Quincy, población cercana a Boston, en el estado de Massachusetts. Sus padres se divorciaron cuando tenía aún pocos años y fue a vivir con su madre a Nueva York. En el colegio tomó clases de actuación y después estudió interpretación en el Barnard College y en el famoso Actor's Studio. Terminados sus estudios comenzó a trabajar en el teatro y también en televisión.
En 1963 protagonizó la película The Running Man (El precio de una muerte) junto al actor británico Laurence Harvey. Sobre esta película se generó una leyenda urbana en Hollywood que decía que su fracaso comercial fue debido a que se había estrenado más o menos en los días del asesinato del Presidente John F. Kennedy y estaba interpretada por una actriz de nombre Lee y un actor de apellido Harvey.
Después de participar en otras películas de cine y también de televisión, en 1970 Remick se fue a vivir a Inglaterra, donde participó en varias películas. En 1976 es de especial recuerdo su papel como la esposa del embajador Robert Thorn interpretado por Gregory Peck en el popular y clásico film de terror La profecía.
De regreso en los Estados Unidos, formó en 1988 una propia compañía productora con dos socios, uno de los cuales fue el conocido actor James Garner. En los últimos años se dedicó sobre todo a la televisión, para la que hizo películas y miniseries. Más de la mitad de los filmes en los que intervino a lo largo de su carrera fueron para la televisión, medio en el que fue una actriz especialmente popular y apreciada.
Estuvo casada en dos ocasiones. La primera con Bill Colleran durante once años, tras los cuales se divorció. La segunda con Kip Gowans durante 21 años. De su primer matrimonio Remick tuvo dos hijos.
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