Danseuse de formation, Senta Berger rejoint l'école de théâtre de Max Reinhardt.
Après quelques petits rôles à l'écran, Senta Berger dévoile sa grande beauté dans Le Dernier Passage (1960), de Phil Karlson. Vedette du cinéma allemand dans Sherlock Homes et le Collier de la mort (Terence Fischer, 1962), Le Testament du docteur Mabuse (Werner Klingler, id.) et Le Mystère du temple hindou (Mario Camerini, 1963), elle obtient un statut international avec Les Vainqueurs (Carl Foreman). Appelée à Hollywood, elle rencontre un certain succès dans des rôles de peu d'épaisseur (Major Dundee, Sam Peckinpah, 1964 ; L'Ombre d'un géant, Melville Shavelson, 1966). Simple faire-valoir de quelques films d'aventures (Matt Helm traqué, Henry Levin, 1967), l'actrice tente de se refaire en Europe, d'abord dans la comédie italienne Roma bene (1971), de Carlo Lizzani, puis en France dans un drame d'Yves Boisset, Le Saut de l'ange (1971).
A partir des années 1970, Senta Berger se tourne vers la télévision, interprétant de nombreux téléfilms (Istambul Express, Richard Irving, 1968 ; La Giacca verde, Franco Giraldi, 1979 ; Liebe Melanie, Michael Verhoeven, 1983).