Karin Dor wurde am 22. Februar 1938 als „Kätherose Derr“ in Wiesbaden geboren. Schon als Gymnasiastin besuchte sie die Schauspielschule. Während ihrem Mitwirken als Filmkomparsin wurde sie von Arthur Maria Rabenalt entdeckt, der sie seinem Freund, dem erfolgreichen Regisseur Harald Reinl, empfahl. Reinl verschaffte Dor 1954 ihre erste kleine Rolle in dem Heimatfilm „Rosen-Resli“.
Weitere Rollen folgten und der 30 Jahre ältere Reinl heiratete die damals erst 16-jährige. Am 21. November 1955 wurde ihr gemeinsamer Sohn, Andreas Reinl, in Berlin geboren. Dors Ehemann Reinl verschaffte ihr weitere Filmrollen, sodass die Künstlerin in den 60er Jahren mit zu den bedeutendsten deutschen Schauspielerinnen zählte. Internationale Berühmtheit erlangte sie 1967 als Bond-Girl neben Sean Connery in „Man lebt nur zweimal“ und 1969 in Alfred Hitchcocks „Topas“. Bekannt ist Dor unter anderem durch ihre Rolle der Häuptlingstochter Ribanna, der großen Liebe Winnetous, in dem gleichnamigen Karl-May-Film. 1994 wurde sie für ihre Rolle mit dem „Scharlih“ ausgezeichnet, einem Preis, der jährlich auf dem Karl-May-Fest vergeben wird.
Ihre Karriere flaute in den 70er Jahren nach der Scheidung von Reinl im Jahr 1968 und durch eine Krebserkrankung ab. Dor sah man nun vor allem als Gast in einigen Filmen und Fernsehserien wie in „Ihr Auftritt Al Mundy“. Sie nahm vornehmlich Theaterrollen an und drehte 2006 noch einen Kinofilm, „Ich bin die Andere“, mit Schauspielerin Katja Riemann. Von 1972 bis 1974 war Dor mit dem Kaufmann Günther Schmucker verheiratet. Ihre letzte Ehe dauerte von 1985 bis 2007 an, mit dem Stuntman George Robotham. Dor lebte zuletzt in einem Pflegeheim im bayrischen München, wo sie am 6. November 2017 verstarb.