Empezó trabajando de actriz infantil a la edad de once años. Ha actuado en más de dos centenares de telefilmes y series. En 1960 y 1972 fue nombrada mejor actriz de televisión del año. Ha protagonizado dos películas junto a Albert Finney: Detective sin licencia y Charlie Bubbles, que le valió un premio de la BAFTA. Otros títulos en su haber son: El tigre dormido, No Love For Johnnie, Twisted Nerve, La carne y el demonio, Leo el último, Frenesí, Empiecen la revolución sin mí, Una hora en la noche, Un trabajo no apropiado para mujeres, La profecía, Jane Eyre, Los Krays, Maurice, Inocencia robada, Quills, etc. Por su trabajo en The Dressmaker ganó en 1989 el premio de la BAFTA a la mejor actriz.

Whitelaw ha estado muy asociada a la obra de Samuel Beckett, de quien ha interpretado en escena obras como"Play","Come and Go","Not I" y, bajo la dirección del propio Beckett, "Happy Days" y"Footfalls". También ha trabajado junto a Laurence Olivier en"Otelo","Hobson’s Choice" y"Trelawney of the Wells". En 1981 debutó en la escena americana con la obra de Beckett"Rockaby", que luego fue recogida en un conocido documental de Pennebaker. Ha publicado su autobiografía bajo el título"Billie Whitelaw... Who He?".