Ursula Andress est la fille d'un diplomate allemand, Rolf Andress, et de sa femme Anna (suisse quand à elle). Son père, exilé politique, a disparu durant la Seconde Guerre Mondiale. Ursula Andress parle couramment, l'anglais, le français, l'italien, et bien entendu l'allemand, ce qui lui permettra tout au long de sa carrière de jouer dans toutes ces langues.
A 17 ans, elle quitte le cocon familial aux bras d'un acteur italien, avant de revenir, suite aux pressions familiales. Après quelques rôles dans de petits films italiens, où elle est engagée pour sa plastique, Ursula Andress part pour les Etats-Unis, patronné par Marlon Brando (avec qui elle aura une courte liaison). En 1957, elle épouse John Derek. Leur mariage durera jusqu'en 1966. En 1962, elle obtient le premier rôle féminin de James Bond contre le docteur No, le premier film de la saga James Bond. Elle devient du jour au lendemain un sex-symbol et le maître étalon de toutes les futurs James bond Girl (et ce bien qu'elle fut doublée -par Nikki Van der Zyl- à cause de son accent allemand trop prononcé). Sa sortie de l'eau en bikini reste un grand moment d'érotisme du début des années 60. Ursula Andress sera d'ailleurs l'un des sex-symbols de cette décennie. Ce rôle lui rapportera un Golden Globe et lancera sinon sa carrière, du moins sa renommée. L'année suivante, elle donne la réplique à Elvis Presley dans L'Idole d'Acapulco, puis à Dean Martin, Frank Sinatra et Sammy Davis Jr. dans Quatre du Texas. En 1965, elle est à l'affiche du film Quoi de neuf, Pussycat?, écrit par Woody Allen, qu'elle retrouvera deux ans plus tard pour le parodique Casino Royale.
Entre temps, on la retrouve dans des productions internationales: américaine avec Le Crépuscule des aigles, française avec Les Tribulations d'un Chinois en Chine, ou bien encore italienne avec La Dixième victime.
En 1978, elle se lie avec l'acteur Harry Hamlin, avec qui elle aura un fils, Dimitri, en 1980, et avec qui elle se retrouvera à l'affiche du Choc des titans en 1981. Sa liaison avec l'acteur se terminera en 1982. Depuis 1983, elle vit avec Lorenzo Rispoli.
Tout au long de sa carrière, et en dehors de quelques exceptions (James Bond contre le docteur No, et dans une moindre mesure Casino Royale, Le Choc des titans ou Les Tribulations d'un Chinois en Chine), Ursula Andress oscillera entre films de série B et films à la limite du Z, pratiquement toujours teintés d'érotisme (la belle n'a jamais hésité à se déshabiller devant une caméra).
 
Femme aux multiples aventures, Ursula Andress compte parmi ses amants de nombreuses personnalités du monde du show-business, parmi lesquels James Dean (elle est la petite amie de la star, en 1955, lorsque celui-ci meurt dans son accident de voiture, la belle ayant d'ailleurs failli se retrouver à bord de la fatale Porsche 550 Spyder au moment du drame), John Derek (leur mariage durant de 1957 à 1966), Jean-Paul Belmondo (avec qui elle vivra de 1966 à 1972), Marlon Brando, Sean Connery, Ryan O'Neal, Warren Beatty, Dean Martin, ou bien encore Fabio Testi, ainsi, bien entendu que Harry Hamlin (1978-1982), le père de son fils.
 
Ursula Andress est aujourd'hui encore considérée comme l'une des femmes les plus sexys de l'histoire du Septième Art.