Attrice americana. Appena ventenne, inizia a lavorare come modella e ad apparire in alcune piccole pièce teatrali fino a quando, nel 1939, viene scritturata dagli Universal Studios che notano immediatamente la sua straordinaria bellezza. Fa le sue prime comparse nei western di serie B affiancando star come J.M. Brown, B. Crawford e R. Stack, e presto approda a film più celebri. Oltre che per le sue numerose apparizioni in serie televisive, Gwynne viene ricordata per il memorabile lavoro in moltissimi horror, dove recita accanto a B. Karloff, B. Rathbone, B. Lugosi (Black Friday, 1940, di A. Lubin, Aldilà del mistero, 1944, di E.C. Kenton). L'attrice continua ad apparire in musical, western e horror e negli anni della guerra raggiunge il vertice del successo come popolare pin-up, la cui immagine viene particolarmente sfruttata dalla pubblicità. Compare nel 1950 nel suo ultimo western Le pistole di Zorro di R. Ormond e si dedica prevalentemente alla televisione (dal '47 al '48 nella nota serie Public Prosecutor). Nel 1970 si congeda definitivamente dal mondo del cinema con il film Adam at 6 A.M di R. Scheerer dove veste i panni della madre di M. Douglas.