Kelley debytoi halvassa film noir -elokuvassa Fear in the Night (1947). Hän esiintyi 1960-luvulla monissa westerneissä kuten Death Valley Days, Bonanza ja Tracktown, kunnes päätyi tohtori McCoyn rooliin. Ironista kyllä, Kelley halusi lääkärin uralle ennen näyttelijänuraa. Hänen tavaramerkikseen muotoutui paitsi äärimmäinen vastuuntunto, myös joka asiassa vastaansanominen, eräänlaisena ”vastarannan kiiskenä” toimiminen. Parikin kertaa hän naureskeli, kun saikin periä viimeisen sanan ainaisissa väittelyissä.selvennä
Kelley kuoli 79-vuotiaana vatsasyöpään vuonna 1999, ensimmäisenä alkuperäisen Star Trek -sarjan päänäyttelijöistä. Kelleyn tuhka ripoteltiin Tyyneen valtamereen.