Sus inicios en la actuación ocurrieron a la edad de siete años en obras vinculadas a la militancia anarquista de su padre. En 1924, instalada en Buenos Aires, fue contratada para actuar en el Teatro El Nacional y grabar discos con la compañía RCA Víctor, convirtiéndose en una de las primeras cantantes de tango surgidas en la década de 1920 que crearon la modalidad vocal femenina en el rubro. Su debut en cine ocurrió en 1930 cuando protagonizó un filme mudo, Adiós, Argentina, de Mario Parpagnoli, mientras que en 1933 intervino en la primera película sonora argentina, ¡Tango!, junto a Tita Merello.
Calificada como «la reina del tango», al año siguiente fue elegida «Miss Radio» por votación popular en la revista Sintonía. Su consagración como actriz melodramática ocurrió luego de que protagonizara El alma del bandoneón (1935), tras la cual fue contratada por José A. Ferreyra para encabezar Ayúdame a vivir (1936) —donde también fue argumentista—, La ley que olvidaron (1937) y Besos brujos (1938), que le dieron popularidad en Argentina y el resto de América Latina. Su labor en Puerta cerrada (1939) le mereció el premio a la mejor actriz extranjera en Croacia.
Un nuevo contrato con los Estudios San Miguel significó su traspaso a la comedia y fue así como filmó Eclipse de sol (1942) y Romance musical (1946).
Tras un altercado con la actriz Eva Duarte —posteriormente primera dama— durante el rodaje de La cabalgata del circo (1945), debió exiliarse en México, donde vivió hasta su muerte y desarrolló una amplia trayectoria cinematográfica, en casi cincuenta películas como Otra primavera (1949), Ansiedad (1952), Escuela de música(1955) y El pecado de una madre (1960).
Durante los años de 1960, protagonizó un filme en España, Así era mi madre, y encabezó un espectáculo teatral en Argentina, Hello Dolly!, que tuvo una amplia repercusión. Sus variadas presentaciones en gran parte del continente americano le valieron el apelativo de «la novia de América».
Considerada como la actriz argentina con mayor trayectoria en el ámbito internacional, Lamarque filmó La sonrisa de mamá (1972) y se retiró del cine en 1978. El resto de su carrera estuvo ligado al tango y al medio televisivo, en el que participó de varias telenovelas como Mamá, Soledad o Amada. Hacia el final de su vida, obtuvo importantes premios y reconocimientos en diversos países.
Fue designada «Ciudadana ilustre de la Ciudad de Buenos Aires» en 1990 y «Personalidad Emérita de la Cultura Argentina» en 1995.
A la edad de 90 años, incursionó en La usurpadora y dos años después, recibió el premio Ariel de Oro por su trayectoria. Al momento de su muerte en 2000, se encontraba grabando el ciclo infantil Carita de ángel