Selepas melarikan diri dari suaminya, dia melarikan diri ke Paris pada tahun 1937, di mana dia bertemu Louis B. Mayer, yang mula mencari bakat di Eropah.[17] Mayer mengupah beliau tetapi kemudian mahu dia menukar namanya kepada Hedy Lamarr-dia telah dikenali sebagai "wanita Ecstasy"[16]—memilih nama keluarga dalam penghormatan kepada bintang filem senyap yang indah, Barbara La Marr. Apabila tiba di Hollywood pada tahun 1938, Mayer mula mempromosikan beliau sebagai "wanita paling cantik di dunia."[18]

Debut filem Amerika Lamarr adalah dalam Algiers (1938), bertentangan dengan Charles Boyer. Filem ini mencipta "sensasi negara," kata Shearer.[12]:77 Beliau adalah seorang pelakon Austria tidak diketahui tetapi baik publisiti, yang mencipta jangkaan dalam penonton. Mayer berharap dia akan menjadi seorang lagi Greta Garbo atau Marlene Dietrich.[12]:77 Menurut salah seorang penonton, apabila mukanya pertama kali muncul pada skrin, "semua orang tercungap-cungap... kecantikan Lamarr ini benar-benar menarik nafas seseorang itu."[12]:2

Dalam filem-filem Hollywood masa depan, dia selalunya cuma sesuai sebagai penggoda glamor archetypal asal-usul eksotik. Lamarr bermain bertentangan lelaki era yang paling popular yang terkemuka. Filem-filem banyak beliau termasuk Boom Town (1940) with Clark Gable dan Spencer Tracy, Comrade X with Gable, White Cargo (1942), Tortilla Flat (1942) dengan Tracy dan John Garfield, H. M. Pulham, Esq. (1941) with Robert Young, and Dishonored Lady (1947). Pada tahun 1941, Lamarr berlakun bersama Lana Turner dan Judy Garland dalam Ziegfeld Girl.

Lamarr dibuat 18 filem 1940-1949 walaupun dia mempunyai dua orang anak pada masa itu (pada tahun 1945 dan 1947). Selepas meninggalkan MGM pada tahun 1945, dia menikmati kejayaan beliau yang paling besar sebagai Delilah di Samson and Delilah Cecil B. DeMille, filem kasar yang tertinggi tahun 1949, dengan Victor Matang sebagai orang kuat Alkitab. Walau bagaimanapun, berikutan seterusnya komedi beliau bertentangan Bob Hope dalam My Favorite Spy (1951), kerjayanya menjadi mundur. Dia muncul hanya sekali-sekala dalam filem selepas tahun 1950, salah satu peranan yang terakhir itu adalah kepunyaan Joan of Arc di Irwin Allen epik kritikal menyerlahkan, The Story of Mankind (1957). White Cargo, salah satu hits Lamarr terbang di MGM, mengandungi, boleh dikatakan, filem quote paling diingati beliau menyampaikan dengan sedikit jemputan provokatif: "Saya Tondelayo. Saya membuat makan siang untuk anda?" Keturunan ini melambangkan banyak peranan Lamarr, yang menekankan keindahan dan keseksualitan beliau tetapi cahaya pada baris. Kekurangan cabaran bertindak bosan Lamarr, dan dia berpaling kepada mencipta untuk melegakan kebosanan beliau.[19]