Née Jean Walasek à Chicago de John T. Walasek et Mary A. Walasek (née Sharkey), Wallace a commencé sa carrière comme mannequin avant de décrocher son premier petit rôle au cinéma à dix-sept ans. Elle s'est mariée deux fois : d'abord avec son partenaire de Jigsaw, Franchot Tone, de 1941 à 1948, puis avec l'acteur Cornel Wilde (son co-vedette dans The Big Combo et Lancelot and Guinevere) de 1951 à 1981. Elle a eu deux fils avec Tone et un avec Wilde. Elle a tenté de se suicider en 1946 en avalant des somnifères, puis en 1949 en se faisant une blessure à l'arme blanche.
Wallace est décédée d'une hémorragie gastro-intestinale le 14 février 1990. Elle repose au cimetière Hollywood Forever.
