A 20 anni prende il nome di Burton dal suo insegnante di recitazione. Debutta nel 1943 a Liverpool come attore teatrale, e nel 1948 esordisce sullo schermo. Bellissimo e di grande fascino, è notato a Brodway e nel 1950 la Fox gli fa firmare un contratto. Grazie al suo fisico d'atleta, interpreta "La tunica" (1953) di Hanry Koster; "Alessandro il Grande" del 1956 diretto da Robert Rossen; interpreta Antonio nel kolossal "Cleopatra" (1962) di Mankiewicz. Insieme alla moglie Elizabeth Taylor interpreta "International Hotel" (1963) di Anthony Asquith; "La bisbetica domata" (1967) di Franco Zeffirelli; "Chi ha paura di Virginia Woolf?" (1966) di Mike Nichols, dove i due portano sullo schermo la conflittualità di coppia che ha caratterizzato il loro matrimonio. Altri film importanti sono: "Le pioggie di Ranchipur" (1955) di Jean Negulesco; "Il giorno più lungo" (1962) di Zanuck; "Vittoria amara" (1957) di Nicholas Ray; "I giovani arrabbiati" (1959) di Tony Richardson. Lavora con registi importanti come John Huston in "La notte dell'iguana" (1964) e Joseph Losey in "La scogliera dei desideri" (1968). E' protagonista e dà prova della sua grande bravura in "Beckett e il suo re" (1964) di Peter Glenville; "Il dottor Faustus" (1967) di cui è co-regista insieme a Nevil Coghill; "Anna dai mille giorni" (1969) di Charles Jarrott; "La spia che venne dal freddo" (1965) di Martin Riff, che gli procura una delle sette nominations agli Oscar; "L'assassinio di Trotsky" (1972) di Joseph Losey, che è il suo ultimo film significativo; "Equus" (1977) di Sidney Lumet. Nel 1974 è al fianco di Sofia Loren nel film romantico "Il viaggio" di Vittorio De Sica. Tra le sue ultime interpretazioni, nel 1984, il "Wagner" di Tony Palmer e "1984" (1984) di Michael Radford. Muore a Ginevra a sole 59 anni, per emorragia celebrale, al termine delle riprese di "1984".