Figlia di un uomo d'affari di origine libanese e di una cantante lirica messicana, Salma a 12 anni, viene mandata a scuola in un collegio di suore in Louisiana, da dove viene espulsa non per il profitto scolastico, ma per le sue continue bravate.
Molto presto esordisce in teatro come Jasmine ne "La lampada di Aladino", ottiene i primi lavori televisivi tra cui alcuni spot commerciali, e viene inserita nel cast di 'Nuevo Amanecer', serie televisiva molto nota in Messico.
Quando poi viene scritturata per recitare nel ruolo principale della soap opera "Teresa", si trova a diventare in poco tempo la più popolare attrice messicana. A ventuno anni, parte per Los Angeles e, dopo un periodo di un anno e mezzo trascorso a perfezionare l'inglese e a studiare recitazione, nel '93, riesce ad avere una parte nel film "Mi vida loca" di Allison Anders.
Il successo, Salma lo conosce però nel 1995, quando Robert Rodriguez la vuole a tutti i costi nel cast di quello che deve essere il seguito de "El Mariachi", suo film d'esordio: è così che in "Desperado" Salma Hayek sarà la bella Carolina, la libraia di cui Antonio Banderas s'innamora.
Con lo stesso Rodriguez lavorerà in "Dal tramonto all'alba" (1996) in cui fa una rapida apparizione come ballerina-vampira e nell'horror "The Faculty" (1998).
Con "Mela e tequila - Una pazza storia d'amore con sorpresa" (1997) ottiene il suo primo ruolo da protagonista, quello di Isabel, un'americana di origine messicana accanto all'attore Matthew Perry.
Tra le altre interpretazioni, ricordiamo "Studio 54" (1998) di Mark Christopher, "Wild Wild West" (1999) e "Nessuno scrive al colonnello" (2001).
Nel 2002 partecipa alla 59ma Mostra del Cinema di Venezia con il film "Frida" di Julie Taymor, in cui interpreta il ruolo della pittrice messicana Frida Kahlo. Per questa interpretazione viene candidata all'Oscar 2003 come miglior attrice protagonista.
Nel 2004 è accanto a Pierce Brosnan in "After the sunset" e nel 2005 lavora a tre pellicole: vicino a Colin Farrell in "Chiedi alla polvere" (2005), in "Paint" (2005) di Robert Altman e "Bandidas" (2005) insieme a Penelope Cruz.
Appare in un cameo, nel film musicale "Across the universe" (2007).