Le studio Columbia décide de lui donner une chance grâce à un contrat de six mois, qui ne sera malheureusement pas assez suffisant à l'apprentie star pour se faire remarquer. Déçue, elle renoue quelques temps avec le métier de modèle. Mais la roue tourne grâce à Quand la ville dort (1950) de John Huston, où elle est repérée par Joseph L. Mankiewicz, célèbre réalisateur qui lui propose de donner la réplique à Bette Davis et Anne Baxter dans Eve (1950). Marilyn Monroe signe alors un contrat de sept ans avec le studio Twentieth Century Fox avec lequel elle enchaîne les projets.

La reconnaissance publique et la naissance du mythe Monroe sont à mettre au crédit du film Niagara (1953), dans lequel elle tient pour la première fois de sa carrière le rôle principal. Sa popularité grandit encore à l'annonce de son mariage avec le célèbre joueur de base-ball Joe DiMaggio et le succès rencontré par Les Hommes préfèrent les blondes (1953), qui lui donne ses galons de sex symbol. La légende raconte que le tournage de la comédie Sept ans de réflexion (1955), où l'on voit la robe de Marilyn soulevée par une aération de métro, serait à l'origine de son divorce d'avec DiMaggio, union qui n'aura durée que huit mois. Pendant les prises de vues de ce film, celle-ci se montre capricieuse : souvent malade ou en retard, ses problèmes de couple prennent vite le pas sur son travail. Mais ces difficultés ne l'empêchent pas de s'amuser de son image de femme fatale, comme en témoigne ses concerts , qui font d'elle à l'époque la pin up préférée des américains. De plus, ses frasques glamour ne l'empêchent pas de prendre son rôle de comédienne très au sérieux, en suivant les cours désormais célèbres de Lee Strasberg.

Elle épouse en 1956 le dramaturge Arthur Miller et tombe enceinte la même année. Mais sa grossesse doit être interrompue au plus vite et lui cause une grave dépression nerveuse. Tournant désormais peu, à raison d'un film par an, Marilyn est saluée pour sa