Dolores, llegó a Hollywood como invitada por el director Edwin Carewe, el cual la conoció en México, llegándose a enamorar de ella, le ofreció un papel para la película Johana (1925), película que por esos días estaba rodando.
La llegó a dirigir en 7 películas mas, una de ellas fue Ramona (1928) obteniendo un gran éxito.
En poco más de 12 meses, Dolores del Río conquistó la fama internacional interpretando los más diversos papeles, los cuales adoptaba muy bien por sus características: india, francesa, rusa, cigarrera sevillana y, en todos, mujer apasionada.
Fue de las pocas actrices en dar el salto al cine sonoro sin quedarse en el intento, aunque había afirmado el jamas filmar con audio, pues su acento latino era muy marcado. Carewe la convenció de que grabara la canción de la película Ramona, y luego, el tema de la película Evangelina (1929). Más adelante, en La mala (1930), interpretó por primera vez un personaje sonoro; con su disciplina y profesionalismo había logrado un inglés casi perfecto.
Dolores no fue sólo otra artista más de corte exótico; alcanzó fama mundial con varias películas. Una de las primeras en lanzarla a la cartelera mundial fue El precio de la gloria (1926), que atrajo miles de espectadores a las taquillas recaudando tan sólo en Estados Unidos dos millones de dólares en el año en que se estrenó. Con Ave del paraíso (1932), que rodó al lado de Joel McCrea, escandalizó al público de la época, pues supuestamente ambos aparecían “desnudos”. En realidad llevaban una malla de color de rosa.
Irónicamente, en la película musical Volando a Río (1933), su estrella se vio opacada por una pareja de bailarines que entonces eran poco conocidos: Fred Astaire y Ginger Rogers, cuyos nombres aparecían en letras pequeñas en el cartel publicitario.
La respuesta del público no se hizo esperar, y pronto la película volvió a proyectarse por la fama que esta pareja había ganado. Luego de rodar, sin mucho éxito, varias películas, viajó a Inglaterra donde interpretó Acusada (1936), junto a Douglas Fairbanks Jr., con resultados mediocres. Regresó de nuevo a Hollywood y conoció a Orson Welles bajo cuya dirección actuó en algunas películas.
Pasada esa época, Dolores se encontró sin planes concretos y decidió regresar a México donde, sin saberlo, le esperaba la etapa más brillante de su carrera.
Bajo la dirección de Emilio Fernández tomó un “segundo aire”. Durante esa época ganó carácter y dignidad, desarrollando sus dotes histriónicas en papeles que reflejaban la naturaleza mexicana y los sentimientos de su tierra natal.
Las películas de este periodo fueron las más populares en Estados Unidos y en Europa, donde algunas obtuvieron varios premios. María Candelaria (1943) ganó el Ariel que le concedió la Academia de Artes y Ciencias Cinematográficas de México, la Palma de Oro de Cannes y el premio a la mejor fotografía del festival de Locamo de Suiza.
Dolores del Río fue una de las primeras divas exóticas del cine mexicano, y sus dotes histriónicas cautivaron al exigente público hollywoodense y europeo.