Después de la moda el siguiente objetivo de Audrey fue el cine, medio al que llegó en la parte final de los años 40 tras una oferta realizada por un productor holandés (en Holanda, el país de su madre, pasaba sus vacaciones y residía durante largas temporadas) para intervenir en la película "Nederlands In 7 Lessen" (1948).
En este primer periodo con papeles menores apareció brevemente en la famosa comedia británica de la Ealing "Oro En Barras" (1951).
Decidida a lograr mejores personajes, Audrey viajó hasta los Estados Unidos para probar suerte y la verdad es que no pudo ser más afortunada.
Tras revelarse en el teatro de Broadway con "Gigi", consiguió su primer papel en Hollywood en una película de William Wyler llamada "Vacaciones En Roma" (1953), comedia romántica co-protagonizada por Gregory Peck.
El film fue un éxito y su aristócrata interpretación fue premiada con el Oscar a la mejor actriz. Audrey Hepburn se convirtió en la intérprete revelación del año.
Durante los años 50 Audrey se presentó como un tipo de belleza muy alejado de las carnosas féminas estilo Jane Russell, Marilyn Monroe o Jayne Mansfield.
Su elegancia y apariencia distinguida fueron muy bien aprovechadas en películas de corte romántico como "Sabrina" (1954) de Billy Wilder, "Una Cara Con Ángel" (1956) de Stanley Donen, o "Ariane" (1957), película dirigida también por el gran Wilder.
Otros films de los años 50 que contaron con la participación de Audrey fueron "Guerra y Paz" (1956) de King Vidor, "Mansiones Verdes" (1958) de Mel Ferrer e "Historia De Una Monja" (1959) de Fred Zinnemann.
Por sus actuaciones en "Sabrina" e "Historia De Una Monja", Audrey volvióa ser nominada al premio Oscar.
En "Mansiones Verdes" fue dirigida por Mel Ferrer, actor, productor y director con el que se casó en el año 1954. Con Ferrer compartió protagonismo en dos ocasiones, "Guerra y Paz" (1956) y en "Encuentro En París" (1964), una película firmada por Richard Quine. Cuatro años después de finalizar este trabajo se divorciaron.
Los años 60 no fueron demasiado prolíficos para Audrey, pero casi todos los proyectos que iniciaba obtenían resultados de interés.
Títulos como "Los Que No Perdonan" (1960) de John Huston, "Desayuno Con Diamantes" (1961) de Blake Edwards -por el que volvió a ser candidata al premio Oscar-, "Charada" (1963) de Stanley Donen, "My Fair Lady" (1964) de George Cukor, "Como Robar Un Millón y..." (1966) de William Wyler, "Dos En La Carretera" (1967) de Donen o "Sola En La Oscuridad" (1967) de Terence Young –su última nominación a la estatuilla de Hollywood- mostraban su talento interpretativo al lado de partenaires masculinos tan célebres como Burt Lancaster, Cary Grant, Rex Harrison o unos jóvenes George Peppard y Albert Finney.
Tras su divorcio de Ferrer y su boda con el médico Andrea Dotti en enero del año 1969 (se divorciaron en 1982), Audrey Hepburn se retiró del cine para ocuparse de sus dos pequeños hijos durante unos años, regresando en 1976 con la crepuscular historia sobre Robin Hood narrada en "Robin y Marian" (1976), un film dirigido por Richard Lester que estaba co-protagonizado por Sean Connery.
Sus apariciones posteriores en la gran pantalla se cuentan con los dedos de una mano, siendo su último trabajo el compartido con Steven Spielberg en "Always" (1989).
En los años 80 y 90 la principal tarea de Audrey fue la humanitaria, ayudando a los niños pobres como embajadora especial de la UNICEF. Esta labor fue recompensada con un premio especial Jean Hersholt, póstumo pues fue recibido tras fallecer en Suiza a causa de un cáncer de colon el 20 de enero de 1993. Tenía 63 años.
Audrey fue madre de dos niños, un hijo llamado Sean (nacido en 1960) con Mel Ferrer, y otro de nombre Luca (1970), fruto de su relación con Andrea Dotti.