Fils d'un prospère négociant en bois, Cecil Beaton fait ses études à la Heath Mount School et à la St Cyprian's School d'Eastbourne, sur la côte sud de l'Angleterre, où il révèle ses talents artistiques. Sa gouvernante l'initie à la photographie avec son Kodak 3A, un modèle très répandu à l'époque. Elle lui apprend à développer ses photographies. Prenant souvent sa mère et ses soeurs comme modèles, Cecil Beaton envoie ses clichés, sous pseudonyme, à des magazines mondains. Il entre ensuite à la Harrow School, l'une des écoles les plus renommées au nord-ouest de Londres, puis au St John's College de Cambridge, où il étudie l'art, l'histoire et l'architecture. Beaton continue dans le domaine de la photographie et réalise un portrait imaginaire de Jeanne d'Aragon, duchesse d'Amalfi et héroïne de la pièce tragique et macabre écrite en 1612 par le dramaturge anglais John Webster. Cecil Beaton lui a donné les traits du metteur en scène de théâtre britannique Dadie Rylands, son contemporain. La photographie est publiée dans le magazine américain Vogue, l'un des principaux magazines de mode féminin dans le monde.
Cecil Beaton est avant tout un portraitiste et un photographe de mode. Il est également scénographe et concepteur de costumes pour le cinéma et le théâtre.
Au début des années 1950, Cecil Beaton quitte Vogue et devient photographe indépendant. Il se fait connaître par une première exposition de photographies à Londres en 1926, bien accueillie par la critique. Il possède alors son propre studio de photographies de mode et de portraits. Dans le Hollywood des années 1930, il réalise de nombreux clichés de célébrités. Il est le portraitiste officiel de la famille royale britannique en 1937.
Pendant la Seconde Guerre mondiale et dans l'immédiate après-guerre, Cecil Beaton commence à travailler pour le théâtre et le cinéma. Il crée les costumes de Dangerous Moonlight de Brian Desmond Hurst en 1941, puis ceux de On Approval de Clive Brook (1944). En 1947, Cecil Beaton est le costumier d'Alexander Korda pour Un mari idéal, et en 1948 celui de Julien Duvivier pour Anna Karenine, une adaptation de Léon Tolstoï avec Vivien Leigh dans le rôle principal.
En 1957, Cecil Beaton réalise les décors et les costumes de Gigi de Vincente Minnelli, un film adapté du roman de Colette et tourné en partie en France. Puis en 1958, il crée les costumes de The Doctor's Dilemma d'Anthony Asquith. Enfin, c'est avec My fair lady de George Cukor en 1963 qu'il donne la pleine mesure de son talent de costumier, en sublimant tout le charme d'Audrey Hepburn. Ce film, adapté d'une comédie musicale jouée à Broadway, connaît un vif succès. Cecil Beaton habille encore Barbra Streisand (pour les costumes du XIXe siècle) dans le film de Vincente Minnelli Melinda tourné en 1969.
Également peintre (ses principales expositions se tiennent au National Portrait Gallery à Londres en 1968 et 2004), Cecil Beaton est avant tout photographe. À Hollywood, il photographie les plus grandes stars du cinéma et du monde artistique et politique : Lillian Gish (1929), Pablo Picasso (1933), Marlène Dietrich (1935), Salvador Dalí (1936), Winston Churchill (1940), Greta Garbo (1946), Rudolf Noureev, (1963), Mick Jagger (1968) ou Inès de la Fressange (1978).
Cecil Beaton a relaté dans plusieurs ouvrages sa traversée du XXe siècle, sous la forme d'un journal. Il est aussi costumier pour le théâtre, comme par exemple pour Coco, une comédie musicale de Michael Benthall créée le 18 décembre 1969 au Mark Hellinger Theatre de Broadway avec Katharine Hepburn dans le rôle de Coco Chanel.