Son père étant mécanicien pour l'US Air Force, la famille de Pam Grier vit sur différentes bases militaires en Europe avant de rentrer aux Etats-Unis, à Denver, lorsque Pam a 14 ans. Destinée à faire des études de médecine, la studieuse Pam Grier étudie au Metropolitan State College puis participe à des concours de Miss pour financer ses études. C'est à partir de là que tout bascule ; un agent hollywoodien, Dave Baumgarten, la repère. Pam Grier part alors à Hollywood où elle prend des cours d'art dramatique tout en travaillant comme standardiste à l'AIP (American International Pictures).

En 1970, grâce à sa plastique avantageuse, elle obtient son premier rôle au cinéma dans un film de Russ Meyer : Hollywood Vixens. Roger Corman la remarque et en fait l'égérie d'un sous-genre qu'il ressort des oubliettes, les films de prison pour femmes. Grier tourne ainsi Women in Cages en 1971 ou The Big Doll House la même année. Toutefois, l'actrice est lancée trois ans plus tard avec Coffy, la panthere noire de Harlem. Pam devient alors la star de la Blaxploitation et exhibe son physique dans une série de films produits par l'AIP, Foxy Brown. Ce rôle de femme forte et vengeresse fait de Pam Grier une icône afro-américaine. A noter que la comédienne assure elle-même ses cascades pour ces films. Ces rôles illustrent la femme afro-américaine forte, libre, indépendante et courageuse et contribuent à changer l'image des noirs au cinéma, souvent cantonnés à des rôles de sous-fifres poltrons : "Je ne pensais pas que ces films deviendraient l'objet d'un culte vingt-cinq ans après leur sortie et qu'ils représenteraient autant pour la communauté noire. Je n'ai rien inventé. Ma mère et ma grand-mère, qui ont lutté toute leur vie contre la discrimination, sont autrement méritantes que moi", affirme humblement Pam Grier.

Au début des années 80, la comédienne quitte l'AIP et mis à part son rôle de prostituée dans Le Policeman, elle se retouve cantonnée à des seconds rôles où son physique est mis en avant comme dans Nico aux côtés de Steven Seagal en 1988. Pam Grier se tourne alors vers la télévision et le théâtre ; ainsi, elle apparaît régulièrement dans des séries TV comme Deux flics à Miami , Cosby Show, La Croisière s'amuse ou Le Prince de Bel-Air. L'égérie de la Blaxploitation combat par ailleurs un cancer en 1988 ; les médecins lui donne 18 mois à vivre mais contre toute attente, l'actrice combat la maladie et en guérit. Pam se remet alors petit à petit au cinéma : Los Angeles 2013, Mars Attacks!. Par ailleurs, en 1994, Grier passe le casting de Pulp Fiction pour le rôle de la femme de Lance (Eric Stoltz) mais Quentin Tarantino préfère retenir Rosanna Arquette. Toutefois, le cinéaste promet à Pam qu'ils travailleront ensemble.

Tarantino tient sa promesse et lui offre un retour au cinéma tonitruant en 1997. Le rôle est celui d'une femme mûre ratée mais qui finit par s'en sortir dans Jackie Brown ; tiré d'un roman d'Elmore Leonard, le long-métrage est un vibrant hommage aux films de la blaxploitation. Considéré comme le rôle de sa vie, la comédienne excelle dans la peau de cette hôtesse de l'air de seconde zone prise malgré elle dans une histoire de vol. Pam y donne la réplique à Samuel L. Jackson et Robert De Niro. Le film est un succès et contribue à relancer un tant soit peu la carrière de Pam. "Tarantino a voulu me montrer telle que je suis, il m'a surnommé "The Queen of Women", parce qu'il prétend que je n'ai pas peur de me battre ni de mourir pour une cause ou pour ma famille. Il a raison. J'ai failli mourir, mais mon heure n'était pas venue. Comme Jackie Brown", confie Pam.

La comédienne tourne ensuite sous la direction de Jane Campion dans Holy Smoke (1999), chasse les monstres sur Mars dans le film d'horreur/SF Ghosts of Mars (2001) sous la houlette de John Carpenter ou combat les malfaiteurs dans Gangsta Cop (1999).

La suite de sa carrière, dans les années 2000, Pam la passe surtout à la télévision avec des rôles récurrents dans les séries TV The L Word, New York Unité Spéciale ou Smallville. La native de Caroline du Nord n'abandonne pas pour autant le cinéma ; on la retrouve en 2002 aux côtés d'Eddie Murphy dans le décevant Pluto Nash. Au début des années 2010, la comédienne tourne sous la direction de Tom Hanks dans Il n'est jamais trop tard (2011) puis rejoint le casting de L'Homme aux poings de fer, premier long-métrage de RZA. Dans ce film de combats, Pam Grier campe le personnage de Jane et partage l'affiche avec Russell Crowe et Lucy Liu.