Nata nel 1921 a Malmo, bionda, alta e prosperosa, inizia da adolescente la carriera di modella e nel 1950 vince il titolo di Miss Svezia. Finalista al concorso di Miss Universo, ottiene un contratto alla RKO di Howard Hughes che - come lei stessa ha più volte raccontato, la corteggia invano. Segue un contratto con la Universal, con apparizioni piccole e grandi in molti film, affiancando celebri star del periodo come Dean Martin e Jerry Lewis, Gianni e Pinotto e Bob Hope. Tra questi ricordiamo Artisti e modelle, Guerra e Pace (girato a Roma), Hollywood o morte!, La statua che urla, Paris Holiday.
Dopo cinque anni a Hollywood, la Ekberg si trasferisce a Roma dove nel 1959 è Zenobia, regina di Palmira, in Nel segno di Roma di Guido Brignone. Federico Fellini ne viene letteralmente folgorato e ne fa il simbolo dell'erotismo nel suo capolavoro La dolce vita, nel 1960. Le immagini della biondissima e candida diva discinta che nella fontana di Trevi chiama con la sua voce roca "Marcello, come here!", restano nella storia del cinema.
Fellini le offre anche un altro ruolo straordinario: quello della donna/diavolo tentatore del puritano Peppino De Filippo in Le tentazioni del dottor Antonio, splendido episodio di Boccaccio '70 (1962) in cui si aggira, gigantesca e seducente, tra le scenografie dell'Eur, dando la caccia al povero omino. Il regista riminese la vorrà di nuovo in I clowns (1972) e Intervista (1987) dove interpreta se stessa in una commovente reunion con Marcello Mastroianni.
Nel 1963 appare in I quattro del Texas di Robert Aldrich, al fianco di Frank Sinatra e Dean Martin. Continua a lavorare con stabilità per tre decenni, fino alla sua ultima apparizione, in tv, ne Il bello delle donne (2002). Da anni l'attrice, che aveva spesso lamentato la scarsa attenzione del suo paese nei confronti della sua carriera, viveva a Genzano. Aveva da qualche anno problemi di salute ed economici. Ma la sua immagine, colta nel suo momento di massimo splendore, sopravviverà in eterno a tutte le miserie umane.