Marie Dionne Warwick era la mayor de tres hermanos de Mancel Warrick, un asistente de tren y chef, y Lee Drinkard, miembro del grupo de canto gospel «The Drinkard Sisters». La música formaba parte del entorno familiar de Warwick y, a los seis años, a petición de su abuelo, el reverendo Elzae Warrick, Warwick hizo su debut como cantante en la Iglesia Metodista New Hope. Aprendió a tocar el piano y, de vez en cuando, cantaba con las Drinkard Sisters. La tía de Warwick, Emily —hermana de su madre—, a quien llamaban Cissy, se convirtió en la madre de la que más tarde sería la superestrella Whitney Houston.

Cuando eran adolescentes, Warwick y su hermana Delia, apodada Dee Dee, formaron un grupo de canto, las Gospelaires. Al visitar el Teatro Apollo en Harlem para ver a las Drinkard Sisters en concierto, Warwick se enteró de que un productor estaba buscando un grupo para hacer coros al saxofonista Sam “The Man” Taylor; no dudó en aprovechar la oportunidad. La noche siguiente, las Gospelaires hicieron coros para Taylor.

Le siguieron otras oportunidades. Durante los fines de semana y las vacaciones escolares, las Gospelaires cantaron como coristas para varias estrellas, entre ellas Dinah Washington, Ray Charles y Brook Benton. Los ingresos de Warwick y una beca le permitieron financiar la universidad. En 1958, se matriculó en la Escuela de Música Hartt, de la Universidad de Hartford, en Connecticut, con la intención de convertirse en profesora de música. Durante una de sus actuaciones como corista para los Drifters en 1961, su voz llamó la atención de los compositores Burt Bacharach y su socio Bob Hilliard. Bacharach necesitaba una vocalista para «Move It on the Backbeat», un sencillo que estaba grabando, y se puso en contacto con Warwick. Bacharach y su nuevo letrista, Hal David, comenzaron a utilizar a Warwick como su vocalista principal para discos de demostración. Cuando le presentaron una demostración de su canción «It’s Love That Really Counts» a Florence Greenberg, dueña de Scepter Records, Greenberg dijo que odiaba la canción pero que le encantaba la cantante, y le ofreció un contrato a Warwick.

El debut discográfico de Warwick como artista solista fue en agosto de 1962, con la canción «Don’t Make Me Over». Su apellido (Warrick) se imprimió mal en la etiqueta del disco como Warwick. El disco fue un éxito. En 1963, Bacharach convenció a la actriz Marlene Dietrich, quien en ese momento protagonizaba un espectáculo en el Teatro Olympia de París, para que invitara a Warwick a presentarse. Warwick dejó la universidad y se fue a París. Allí, con la ayuda de Dietrich, Warwick aprendió a vestirse y a moverse en el escenario. Tuvo tanto éxito en París que la prensa francesa la llamó «La Perla Negra». Warwick fue la primera artista afroamericana de música contemporánea en alcanzar el estrellato en Europa.

De regreso a Estados Unidos, Warwick comenzó a grabar un éxito tras otro. Al interpretar las canciones de Bacharach y David, Warwick logró un sonido que atraía tanto al público del pop como al del rhythm and blues. «Anyone Who Had a Heart» (1963) alcanzó el puesto número ocho en la lista de los diez éxitos pop más importantes. Su siguiente disco, «Walk on By» (1964), vendió más de un millón de copias y la convirtió en una estrella. Entre mediados de la década de 1960 y principios de la de 1970, tuvo una racha de éxitos, entre los que se incluyen «You’ll Never Get to Heaven (If You Break My Heart)» (1964); «Message to Michael» (1966); «Alfie» (1967); «I Say a Little Prayer» (1967); «Do You Know the Way to San Jose?» (1968), que le valió a Warwick su primer Premio Grammy; «Promises, Promises» (1968); y «I’ll Never Fall in Love Again» (1969). Warwick no quería grabar «Alfie», ya que varios artistas ya habían grabado la canción, pero su versión alcanzó el puesto número quince en el Billboard Hot 100, y la cantó en la ceremonia de los Premios de la Academia en 1967.

Warwick se casó con Bill Elliott, actor y músico, en 1963; se divorciaron en 1964 y volvieron a casarse en 1965. Tuvieron dos hijos y se divorciaron nuevamente en 1975. En 1971, Warwick dejó Scepter Records y firmó un contrato de cinco millones de dólares con Warner Bros. Records. Era la suma más alta que una cantante había ganado hasta ese momento. Se le encargaron álbumes, y Bacharach y David se encargarían de escribir las canciones y producir los discos. Su primer álbum, Dionne (1972), alcanzó el puesto 57 en la lista Billboard Hot Album, pero Bacharach y David tuvieron una fuerte disputa, y su ruptura afectó a Warwick. Sin ellos como compositores, la carrera de Warwick entró en declive. Cuando su contrato expiró en 1977, dejó Warner Bros. y se pasó a Arista Records. Su canción «I’ll Never Love This Way Again» (1979) vendió un millón de copias y reactivó su carrera. El álbum Dionne (1979) fue certificado como disco de platino, tras vender más de un millón de copias. Su siguiente lanzamiento, «Déja Vu», alcanzó el número uno en la lista de música contemporánea para adultos. En 1980, Warwick ganó un Premio Grammy a la Mejor Interpretación Vocal Pop Femenina por «I’ll Never Love This Way Again» y otro Premio Grammy a la Mejor Interpretación de R&B Femenina por «Déja Vu». Fue la primera artista femenina en la historia de los premios en ganar en ambas categorías en el mismo año.

Durante la década de 1980, Warwick se involucró cada vez más en causas benéficas. Fue una de las cantantes del sencillo «We Are the World» en 1984, un disco que recaudó fondos para paliar la hambruna en África, y en 1985 convenció a Stevie Wonder, Gladys Knight y Elton John para que grabaran «That’s What Friends Are For». La canción, escrita por Bacharach y Carole Bayer Sager, recaudó más de dos millones de dólares para la investigación del síndrome de inmunodeficiencia adquirida (SIDA). Warwick también se comprometió con otras causas de salud, como el síndrome de muerte súbita infantil (SMSI) y la anemia falciforme. Cuando Warwick viajó a Brasil en la década de 1960, quedó fascinada por la gente que conoció. Adoptó una favela (asentamiento precario), grabó Aquarela do Brasil (Acuarela de Brasil) en 1994 y compró una casa en Río de Janeiro.

Además de su carrera discográfica, Warwick tuvo cierto éxito en la televisión. Su primer especial fue para la Columbia Broadcasting System (CBS) en 1969, The Dionne Warwick Chevy Special. Presentó un especial de dos horas, Solid Gold ’79, que más tarde se adaptó a un programa semanal de una hora, Solid Gold, el cual presentó en 1980 y 1981, así como durante la temporada 1985-1986. Warwick también se incursionó en la actuación, apareciendo en las películas Slaves (1969) y Rent-A-Cop (1988); además, fue una de las muchas artistas entrevistadas para el documental The Making and Meaning of “We Are Family” (2002). A lo largo de los años, actuó en episodios de varias series de televisión y participó en la película para televisión Divas II (2008). En 2011, participó en el reality show Celebrity Apprentice. Entre otras iniciativas, en 2002 cofundó el Dionne Warwick Design Group, dedicado al rediseño de fincas privadas y hoteles. También escribió los libros My Point of View (2003) y My Life, As I See It (2010).

Warwick siguió grabando y realizando giras a principios del siglo XXI, manteniendo una base de seguidores constante como ícono musical, aunque sin alcanzar las cotas de fama de etapas anteriores de su carrera. Entre sus lanzamientos se incluyen el álbum navideño My Favorite Time of the Year (2006); Only Trust Your Heart (2011), con obras del letrista Sammy Cahn; y Now (2012), una celebración del quincuagésimo aniversario de su carrera musical. Sin embargo, en 2013, Warwick se declaró en quiebra con una deuda reportada de 10 millones de dólares en impuestos atrasados, lo que, según sus portavoces, se debía a una mala gestión financiera que se remontaba a la década de 1980. No obstante, continuó con su carrera y lanzó varios álbumes más, incluidos dos en 2019, el mismo año en que comenzó una residencia en Las Vegas, Nevada. También en 2019, Warwick fue galardonada con un Premio Grammy por su trayectoria.

Warwick siguió lanzando discos, haciendo apariciones en televisión y recibiendo reconocimientos por su trabajo en la década de 2020. Colaboró con Chance the Rapper en «Nothing’s Impossible» (2021) y con Krayzie Bone en «Power in the Name» (2022), y lanzó tres antologías de reediciones de su catálogo: Déjà Vu: The Arista Recordings 1979-1994 (2020); Sure Thing: The Warner Brothers Recordings 1972–1977 (2023); y The Complete Scepter Singles 1962–1973 (2023). En 2020, participó en el reality de competencia The Masked Singer. Al año siguiente, un largometraje documental, Dionne Warwick: Don’t Make Me Over, narró su ascenso desde los coros de gospel de Nueva Jersey hasta el estrellato internacional. Fue homenajeada por el Kennedy Center en 2023 e incorporada al Salón de la Fama del Rock and Roll en 2024. En 2026, anunció DWuets como su último álbum, con el dueto con Cynthia Erivo «Ocean in the Desert» como su sencillo principal.