Fifi D'Orsay est née Marie-Rose Angelina Yvonne Lussier à Montréal, au Canada, dans une famille où son père était commis postal. Le couple avait une nombreuse progéniture, Fifi ayant onze frères et sœurs. Elle a étudié à l'Académie du Sacré-Cœur à Montréal avant de terminer ses études et de trouver un emploi de secrétaire. Jeune dactylo aspirant à devenir actrice, elle s'est installée à New York. Là, elle a décroché un engagement aux Greenwich Village Follies après une audition où elle avait chanté « Yes! We Have No Bananas » en français. Quand on lui a demandé d'où elle venait, elle a dit au directeur qu'elle était de Paris, France, et qu'elle avait travaillé aux Folies Bergère. Le directeur, impressionné, l'a engagée en la présentant sous le nom de « Mademoiselle Fifi ».
Pendant qu'elle travaillait aux Follies, elle s'est liée à Ed Gallagher, un acteur chevronné qui formait la moitié du duo comique à succès de Broadway Gallagher et Shean. Gallagher et D'Orsay ont créé un numéro de vaudeville, et il lui a enseigné les rouages du métier. Après avoir tourné en vaudeville, elle s'est dirigée vers Hollywood et a adopté le nom de famille « D'Orsay » (tiré d'un parfum qu'elle aimait particulièrement). Peu de temps après ses débuts au cinéma, elle a souvent été distribuée dans le rôle de la « vilaine fille française » du « gay Paris ».
Elle est devenue citoyenne américaine en 1936, juste au moment où sa carrière cinématographique s'arrêtait net après qu'elle ait rompu son contrat avec la Fox Studios et se soit retrouvée blacklistée.
Bien qu'elle n'ait jamais atteint les premiers rôles, elle a trouvé du travail régulièrement, apparaissant aux côtés de vedettes comme Bing Crosby et Buster Crabbe. Pendant des années, elle a alterné entre le cinéma et le vaudeville, équilibrant ses apparitions cinématographiques avec des performances de vaudeville continues. Quand l'âge a mis fin aux rôles glamour, elle s'est tournée vers la télévision, notamment avec deux apparitions chacune dans Adventures in Paradise d'ABC (en tant que mère supérieure dans l'épisode « Castaways ») et dans la série judiciaire Perry Mason de CBS (dans les épisodes « The Case of the Grumbling Grandfather » et « The Case of the Bountiful Beauty »), ainsi qu'une apparition dans la sitcom Pete and Gladys de CBS. Elle a participé à You Bet Your Life de Groucho Marx et, à l'âge de soixante-sept ans, elle a bouclé sa carrière en revenant sur la scène de Broadway dans la comédie musicale Follies, primée aux Tony Awards.
