Frances McDormand étudie au Bethany College et à Yale. Elle débute sa carrière sur scène, où elle joue avec succès, notamment « Un tramway nommé désir » de Tennessee Williams (1987).

En parallèle, elle débute à la télévision de téléfilms en séries (RICK HUNTER, CAPITAINE FURILLO, DÉTECTIVE DE CHOC, 1985-1987), et au cinéma dans le premier long métrage des frères Coen, le polar SANG POUR SANG (1984), qui fait sensation dans le monde.

Elle joue dans MORT SUR LE GRIL (Sam Raimi, 1985) qu'ils écrivent, épouse Joel et devient leur actrice fétiche au second plan d'ARIZONA JUNIOR (1987), MILLER'S CROSSING (1990) ou BARTON FINK (1991).

Savoureuse protéiforme, elle gagne aussi ses galons sans eux dans MISSISSIPPI BURNING (Alan Parker), HIDDEN AGENDA (Ken Loach), DARKMAN Raimi), SHORT CUTS (Robert Altman), RANGOON (John Boorman), PEUR PRIMALE (Gregory Hoblit) ou LONE STAR (John Sayles) (1988-1996).

Elle apparaît à la télévision dans CRAZY IN LOVE (Martha Coolidge, 1992), THE GOOD OLD BOYS (Tommy Lee Jones, 1995), TALKING WITH (Kathy Bates, 1995), HIDDEN IN AMERICA (Martin Bell, 1996) et STATE OF GRACE (2001).

Elle décroche le jackpot et une flopée de lauriers dont l'Oscar, en flic enceinte du déjanté FARGO des Coen (1996), qu'elle retrouve pour la chronique rétro en noir et blanc THE BARBER : L'HOMME QUI N'ÉTAIT PAS LÀ (2001) en épouse adultère, et pour la farce déjantée BURN AFTER READING (2008, photo) en employée de salle de sport obsédée par la chirurgie esthétique.

Loin des dictats de Hollywood, elle enchante en mère rock'n'roll de PRESQUE CÉLÈBRE (Cameron Crowe, 2000) et LAUREL CANYON (Lisa Cholodenko, 2002), en nonne instit dans la comédie familiale MADELINE (Daisy Von Scherler Mayer, 1998) et en gouvernante vieux jeu dans MISS PETTIGREW (Bharat Nalluri, 2008).

Elle s'amuse avec Diane Keaton et Jack Nicholson dans TOUT PEUT ARRIVER (Nancy Meyers, 2003) et avec Catherine Keener et Jennifer Aniston dans FRIENDS WITH MONEY (Nicole Holofcener, 2006).

Elle est compagne de Michael Douglas dans WONDER BOYS (Curtis Hanson, 2000), de Robert De Niro dans PÈRE ET FLIC (Michael Caton-Jones, 2002) et de Sean Penn dans THIS MUST BE THE PLACE (Paolo Sorrentino, 2011).

Elle traverse aussi les fables sociales L'AFFAIRE JOSEY AIMES (Niki Caro, 2005) avec Charlize Theron et PROMISED LAND (Gus Vant Sant, 2012) avec Matt Damon, et rejoint le blockbuster TRANSFORMERS 3 (Michael Bay, 2011) en femme à poigne.