1932. április 4-én született New Yorkban. Korán elhatározta, hogy apja nyomdokaiba lépve maga is színész lesz, szavai szerint nem akart önmaga lenni, de nagyon jól érezte magát valaki másként. A sármos és tehetséges fiatalember alig húszévesen kapta első főszerepét, A színésznő című filmben Spencer Tracy oldalán mutatkozhatott be. A forgatás kedvéért félbehagyta színi tanulmányait, de két évtizeddel később, immár világsztárként mégis átvehette diplomáját. Hollywood nem vonzotta, inkább visszatért New Yorkba. Ő is pályázott a rendező Elia Kazannál az Édentől keletre főszerepére, de azt végül James Dean kapta meg, ám Kazan beajánlotta a Tea és vonzalom című Broadway-darabba. Ebben egy homoszexuális diákot alakított, kirobbanó sikerrel, s újabb felkéréseket kapott. Két alkalommal jelölték a színházi Oscarnak nevezett Tony-díjra, leghíresebb színpadi munkája Peter Shaffer Equusa, amelyben először a fiút játszotta, majd idővel átvette a pszichiáter szerepét a legendás Richard Burtontől. Az énekesi karrier esélye is megcsillant előtte, 1957-ben egy kislemeze felkerült a slágerlistára, és szerződtette az Elvist is foglalkoztató RCA lemezcég.

A hollywoodi ajánlatoknak nem tudott ellenállni, s 1956-ban ismét kamera elé állt a Szemben az erőszakkal című, William Wyler rendezte amerikai polgárháborús drámában, s a legjobb mellékszereplőként Oscarra jelölték, a Golden-Globe-díjat meg is kapta. Pályája elején jobbára szégyenlős, töprengő, szelíd fiatalembereket játszott, s olyan partnerei voltak, mint Henry Fonda (Bádogcsillag), a bájos Audrey Hepburn (Zöld paloták) vagy Sophia Loren, akivel romantikus darabot (Vágy a szilfák alatt) és drámát (Kés a sebben) is forgatott. 1960-ban érkezett pályafutása csúcsára: a borzongatás nagymestere, Alfred Hitchcock őt választotta a Psycho pszichopata moteltulajdonosa, Norman Bates szerepére, aki halott anyja ruháiba bújva végez áldozataival. (Az őrült Bates ihletője a valóságban is létezett – Ed Gein az ötvenes években legkevesebb két nőt gyilkolt meg, illetve holttesteket ásott ki sírokból.) A film az egész filmtörténet egyik legrémisztőbb jelenetével indul, amelyben Bates a zuhany alatt végez a főszereplőnek gondolt Janet Leigh-vel. A mindössze kétperces, 78 vágásból álló, 70 kameraállásból felvett jelenetet egy hétig forgatták, Hitchcock úgy teremti meg a vér, az erőszak és a meztelenség illúzióját, hogy szinte semmit nem mutat, a kés például nem is érinti a nő testét, csak érzékelhető, ahogy újra és újra lesújt. (Leigh állítása szerint életében soha többé nem zuhanyozott, csak kádban mert fürödni. Holott a meztelen test nem is az övé, hanem az egyik első Playboy-nyuszié volt, aki 500 dollárt kapott fellépéséért.)

Perkins alakítása annyira tökéletes volt, hogy Bates szinte „ráégett”, a következő időszakban elmebeteg, gonosz szerepek egész sorával keresték meg, s ezek egy részét el is vállalta. (Mint mondta, ő nem pszichopata, de kérésre bármikor „elő tudta húzni” Batest.) 1998-ban Gus Van Sant újraforgatta a Psychót, a főszerepet ezúttal Vince Vaughn alakította, a remake népszerűsége azonban meg sem közelítette az eredetiét. Pályája utolsó évtizedében Perkins is legnagyobb sikeréhez kanyarodott vissza: elvállalta a Psycho második (1983), harmadik (1987), majd negyedik (1991) részét is, a színvonal egyenletesen hanyatlott. A harmadik részben a rendezést is magára vállalta, a kezdeteket felelevenítő negyedik részt pedig csak a tévében vetítették.

A színész emlékezetes alakítást nyújtott a Francoise Sagan regényéből íródott Szereti ön Brahmsot? című filmben, amelyben fiatal ügyvédként egy negyvenes éveiben járó nőbe (Ingrid Bergman) szeret bele, s elnyerte a cannes-i filmfesztivál legjobb férfi főszereplőnek járó díját. A Phaedra című filmben Melina Mercouri és Raf Valone mellett a nevelőanyjával viszonyt kezdő fiú szerepét játszotta, s őt kérte fel Orson Welles a Franz Kafka nyomán készült A per főszerepére, amelyben Romy Schneider volt a partnere. Szerepelt a Joseph Heller regénye nyomán készült A 22-es csapdájában, az Agatha Christie krimijéből készült, még a mellékszerepekben is sztárok sorát felvonultató Gyilkosság az Orient-expresszen című krimiben. A Nyomorultak angol tévéfilm-változatában ő volt a Jean Valjeant kitartóan üldöző Javert felügyelő, A fekete lyuk című sci-fiben egy tíz hónap után a Földre visszatérő űrhajós-expedíció egyik tudósát formálta meg. 1988-ban már csak rendezőként jegyezte a Szíveslátás, vendégirtás című vígjátékot, 1990-ben Budapesten is forgatott Hámori András A sötétség lánya című Romániában játszódó vámpírfilmjében.

A homoszexuális hajlamaival egész életében viaskodó Perkins ekkor már tudatában volt annak, hogy szervezetében megtalálható az AIDS betegséget okozó HIV vírus, fertőzöttségének tényét 1990-ben hozta nyilvánosságra. Hosszú szenvedés után 1992. szeptember 12-én halt meg, ő az AIDS egyik legismertebb áldozata. Betegségéről csak felesége tudott, akinek élete az övéhez tragikus fordulattal ért véget: 2001. szeptember 11-én azon a repülőgépen ült, amelyet (egy nappal férje halálának évfordulója előtt) terroristák a Világkereskedelmi Központba vezettek. A balkezes Perkinsnek két csillaga is díszíti a Hírességek sétányát, egyikkel a televíziós, a másikkal a filmes pályafutását ismerték el.