Su explosión en el cine italiano se produjo en la segunda mitad de la década de los 40, y Hollywood puso rápidamente sus ojos en ella. Fue una de las intérpretes italianas y europeas que desarrolló una carrera más exitosa en EEUU desde que en el año 53 debutara a las órdenes de John Huston en La burla del diablo.
Fue el productor Howard Hugues quien vio a Lollobrigida y en 1950 le realizó una oferta millonaria. La actriz aceptó y viajó a Hollywood, pero a las seis semanas se volvió a Italia por su poco dominio del inglés. Eso sí, después de trabajar con Huston su carrera en la meca del cine sería imparable. Pero eso no impidió a la actriz que compaginara aquellas películas con las de cineastas mucho más autorales en su Italia natal. Tras aquel debut en Hollywood protagonizó la coproducción franco-italiana El gran juego, de Robert Siodmak (1954), y Espadas cruzadas (1954), con Errol Flynn.
En una industria masculinizada y machista, Lollobrigida fue rápidamente etiquetada con el apodo de la mujer más guapa del mundo, que hacía referencia al título de la película de Robert Leonard que rodó en 1955 junto a Vitorrio Gassman. También se refería a sus orígenes en la moda, ya que la actriz comenzó desfilando y quedó tercera en el concurso de Miss Italia en una edición que ganó, precisamente, Lucía Bosé. Por el papel en la película de Leonard logró el recién creado premio David de Donatello, los Goya italianos. El galardón más prestigioso del país que conseguiría en otras dos ocasiones por sus interpretaciones -en 1962 por Venus imperial y en 1968, por Buona Sera, Señora Campbell- y en otras dos de forma honorífica.
Desde aquel debut en el 53 hasta 1970, Lollobrigida fue una de las actrices más populares del cine mundial, aunque nunca logró una nominación al Oscar. Protagonizó superproducciones como Salomón y la reina de Saba (1958), a las órdenes de King Vidor y en España. Desde entonces y durante la década de los 60 su carrera fue frenética, encadenando rodajes con Frank Sinatra (Cuando hierve la sangra, 1959); Cuando llegue septiembre (1961), junto a Rock Hudson y bajo la batuta de Robert Mulligan; o Habitación para dos, de nuevo junto a Hudson en 1965.
Aquel cambio de década supuso un punto de inflexión en su carrera, que fue perdiendo fuelle aunque todavía rodó filmes a las órdenes de Bob Hope e incluso algún spaghetti western. Poco a poco fue retirándose del cine, aunque manteniendo colaboraciones puntuales, como cuando en 1984 aceptó participar en cinco episodios de la mítica serie Falcon Crest. Desde los 70 recuperó, además, su trabajo como fotógrafa y escultora. En 1995 fue la emblemática Agnés Varda quien le ofreció un papel en Las cien y una noches.
Como gran estrella popular, su vida privada también fue objeto de los medios de comunicación. Su gran relación sentimental fue con el médico yugoslavo Milko Skofic, con quien se casó en 1949 y con el que tuvo a su hijo, Andrea, hasta que se divorciaron en 1971; pero en España fue objeto de todos los programas su relación con el empresario español Javier Rigau, al que la actriz denunció por estafa y falsedad documental. Rigau fue finalmente absuelto en marzo de 2017 y su matrimonio fue anulado por el papa Francisco.
Lollobrigida también coqueteó con la política. En los años 90 fue candidata al Parlamento Europeo junto a los demócratas de Romano Prodi, pero no logró su escaño. Hace pocos meses, en las elecciones italianas del año pasado, la actriz se presentó al senado con la lista ‘Italia soberana y popular’, una coalición de izquierdas.