Elle débute au cinéma en 1969. Les années suivantes, elle paraît notamment dans Frissons d'outre-tombe et dans Jeanne, papesse du diable. Elle accède à la célébrité grâce à la série Maîtres et Valets et dans le même temps internationalise sa carrière en tournant avec Kirk Douglas et John Wayne. Sur les plateaux de ses films suivants, elle côtoie Laurence Olivier et surtout Elizabeth Taylor qui la prend sous son aile.
En 1979, elle joue dans La Grande Attaque du train d'or de Michael Crichton et Guerre et Passion de Peter Hyams, aux côtés de Sean Connery et Harrison Ford. Elle enchaîne avec Le Lion sort ses griffes de Don Siegel, avec Burt Reynolds, et Sphinx de Franklin J. Schaffner, avec Maurice Ronet.
La télévision lui permet de diversifier encore davantage ses registres. Elle tourne des adaptations d'Agatha Christie et Erich Maria Remarque, donne la réplique à Olivia de Havilland et Anthony Hopkins, incarne l'Esméralda de Victor Hugo. Mais c'est en héroïne des Derniers Jours de Pompéi qu'elle séduit le public américain en 1984 : elle et Duncan Regehr sont les révélations sexy de la série.
Après l'avoir remarquée en couverture de Vogue, le producteur David Wolper lui propose le rôle de Maggie Cleary dans Les oiseaux se cachent pour mourir mais l'actrice ne peut accepter. Il revient à la charge en 1985 avec l'adaptation du best-seller américain Nord et Sud, pour laquelle elle retrouve Kevin Connor, le réalisateur de Frissons d'outre-tombe. Elle y est partagée entre un mari odieux (David Carradine) et un amant fougueux (Patrick Swayze).
Lesley-Anne Down forme avec Pierce Brosnan le couple vedette de Nomads, un film de John McTiernan. Ensuite, elle tourne pour la télévision un remake de Indiscret de Stanley Donen, où elle succède à Ingrid Bergman. En 1990, les producteurs de Dallas lui offrent un pont d'or : un million de dollars et une « luxueuse maison sur la plage des stars de Malibu » pour douze épisodes, « au grand dam de Larry Hagman » selon Télé poche.
Quatre ans plus tard, elle est la partenaire de Charles Bronson au cinéma. Habituée des films d'action, elle partage aussi l'affiche avec Burt Reynolds et Steven Seagal au fil de sa carrière. Dans les années 1990, sa carrière, devenue erratique, la fait passer du film Seven Days of Grace à un épisode de Diagnostic : Meurtre. Depuis, à part une adaptation de Mary Higgins Clark, ce sont les soap operas - Sunset Beach (1997-1999), Des jours et des vies (2001), Amour, Gloire et Beauté (depuis 2003) - qui constituent la partie la plus visible de son activité.
Lesley-Anne Down partage un mari avec Jeanne Moreau : il s'agit du réalisateur américain William Friedkin ; un long et difficile procès (qu'elle gagna) les opposa à propos de leur fils.