Thẩm Thúy Hằng tên thật là Nguyễn Kim Phụng, sinh tại Hải Phòng, sau đó di cư vào miền Nam. Năm 16 tuổi, vượt qua 2.000 thí sinh khác, Kim Phụng đoạt giải nhất tại cuộc thi tuyển diễn viên điện ảnh của Hãng phim Mỹ Vân. Và nghệ danh Thẩm Thúy Hằng là do ông chủ Hãng phim Mỹ Vân đặt cho. 

Thẩm Thúy Hằng bắt đầu nổi tiếng từ vai diễn Tam Nương trong phim “Người đẹp Bình Dương” năm 1958 và biệt danh mang tên phim này gắn với Thẩm Thúy Hằng từ đó. 

Thẩm Thúy Hằng cũng để lại những dấu ấn sâu sắc trong hàng loạt bộ phim như: Nàng, Trà Hoa Nữ, Đôi mắt huyền, Điệp vụ tìm vàng, Sóng tình, Như hạt mưa sa, Tứ quái Sài Gòn... 

Thẩm Thúy Hằng đóng khoảng 60 phim và là người đẹp nổi tiếng những năm trước giải phóng. Bà hai lần đoạt giải Diễn viên xuất sắc Á Châu tại Liên hoan phim Đài Bắc, Ảnh hậu Á Châu trong Liên hoan phim Á Châu tổ chức tại Hong Kong và Đài Loan. Sau năm 1975, Thẩm Thúy Hằng tiếp tục tham gia nhiều phim như: Cho cả ngày mai, Ngọn lửa Krông Jung... và được chọn tham dự Liên hoan phim quốc tế Karlovy Vary (Tiệp Khắc). 

Năm 1969, Thẩm Thúy Hằng đứng ra thành lập nhóm làm phim riêng mang tên bà, tiền thân của hãng Vilifilms nổi tiếng ở  Sài Gòn sau này, với bộ phim đầu tiên là "Chiều kỷ niệm". 

Không chỉ nổi tiếng và thành công ở lĩnh vực điện ảnh, Thẩm Thúy Hằng còn lập Ban kịch và viết kịch bản, dàn dựng và đóng vai chính, với một số vở khá thành công như: Người mẹ già, Suối tình, Đôi mắt bằng sứ, Bóng chim tăm cá… 

Vai diễn cuối cùng của Thẩm Thúy Hằng là Phồn Y trong vở "Lôi Vũ" của đoàn kịch Kim Cương. Bà được Nhà nước phong danh hiệu Nghệ sĩ Ưu tú năm 1984.