È ricordata per la sua avvenenza, caratterizzata da splendidi occhi scuri, che ne ha fatto una delle più affascinanti attrici del cinema hollywoodiano negli anni venti e trenta. È stata interprete di numerosi film - prettamente a sfondo esotico e di avventura - alcuni dei quali di ottima qualità girati sotto la guida di grandi autori. Nata nel sobborgo di Victoria de Durango, Messico, da una famiglia di ricchi proprietari terrieri di origine basca. In seguito alla Rivoluzione messicana la sua famiglia perse tutto e si trasferì a Città del Messico. Il desiderio di recuperare il suo confortevole stile di vita la spinse a inseguire la carriera di attrice. A Città del Messico frequentò un collegio francese dove compì i suoi studi distinguendosi nell'alta società della capitale per la sua particolare bellezza; venne notata  da Edwin Carewe, famoso produttore hollywoodiano dell'epoca del muto. Esordì nel cinema quasi per gioco, sostenendo una piccola parte nel film Joanna. Ma già nel secondo film, Gloria (1925), ottenne il ruolo principale in una parte drammatica.  Ad Hollywood sarà persino definita la replica femminile di Rodolfo Valentino. Edwin Carewe diresse sette film con Dolores, l'ultimo dei quali fu Evangelina. Poi i due ruppero e Carewe ritornò dalla moglie. In seguito Dolores sposò lo scenografo Cedric Gibbons. Nel 1926 vinse l'edizione di quell'anno del premio WAMPAS Baby Stars . Altre interpretazioni rimaste famose sono quelle dei film Resurrection (1927), Ramona (1928), Gli amori di Carmen (1927), Revenge (1928), e Luana, la vergine sacra (1932). A partire dai primi anni trenta comincia a diradare le sue apparizioni cinematografiche. Nei primi anni '40 torna in Messico per lavorare in alcuni film di prestigio, come Vita rubata (La otra, 1946), in cui fornisce un'ottima interpretazione nel doppio ruolo di due gemelle. Nel 1960 Dolores ritornò a Hollywood. Qui con Elvis Presley girò Flaming Star diretta da Don Siegel. In questa fase della sua carriera, Dolores alternò film in Messico e Stati Uniti e teatro e televisione. Nel 1961, prima di ritornare a Hollywood, lavorò in Messico con la diva argentina Libertad Lamarque. Nel 1964, apparì nel film Cheyenne Autumn diretta da John Ford, con un cast che includeva Richard Widmark, Carroll Baker, James Stewart e Ricardo Montalbán. Nel 1967, lavorò per la prima volta in Italia, sotto la regia di Francesco Rosi nel film C'era una volta... con Sophia Loren e Omar Sharif. Dal 1950 fino al 1960 recitò in teatro classici come Anastasia (1956), Il ventaglio di Lady Windermere (1958) e La signora delle camelie (1968), riscuotendo grande successo in Messico, Sud America e Europa. Partecipò anche ad alcune serie nella televisione americana lavorando con personaggi come Buster Keaton, Cesar Romero e altri. L'ultimo film di Dolores fu I figli di Sanchez.