Après avoir fait ses débuts au théâtre en 1970, Beverly D'Angelo a commencé à apparaître dans des séries télévisées telles que *Medical Center*, *Marcus Welby* et *The Partridge Family* avant d'obtenir un rôle récurrent dans la série *Happy Days*.
En 1980, elle a obtenu son premier grand rôle au cinéma avec le film *Coal Miner's Daughter*, qui retrace la vie de la chanteuse country Loretta Lynn. La même année, elle a également tourné dans *American Flyers* aux côtés de Kevin Costner et David Marshall Grant.
En 1988, Beverly D'Angelo a obtenu le rôle qui lui a apporté la notoriété, Linda McClane, dans le film *Die Hard*. Elle a répété ce rôle dans les cinq suites de la saga, jusqu'à la dernière sortie en 2013.
Parmi ses autres rôles remarquables figurent ceux dans *National Lampoon's Vacation* (1983) et sa suite *European Vacation* (1985), ainsi que dans le drame *Rosemary's Baby* de 1968, pour lequel elle a repris le rôle d'Emma Tenant, initialement tenu par Mia Farrow.
En outre, Beverly D'Angelo a tourné pour la télévision dans les séries *Sex and the City*, *The King of Queens* et *Californication*. Elle a également fait plusieurs apparitions dans des épisodes de *Law & Order: Special Victims Unit* et de *Drop Dead Diva*.
En 2015, elle a participé à la troisième saison de la série télévisée *Empire*, dans le rôle de Shira Hall.
Beverly D'Angelo est mère de trois enfants : les acteurs Spike Moss et Olivia Munn et la journaliste et écrivaine Tessa Moss. Elle a également été mariée à l'acteur Bruce Paltrow, avec lequel elle a eu ses deux premiers enfants.
Depuis 2015, elle vit en Californie avec son partenaire Al Pacino.