Mary Cathleen Collins wird als Tochter der Friseurin von Schauspielerin Ann-Margret und eines Katzentrainers geboren. Die Eltern lassen sich scheiden, die Mutter heiratet den Hollywood-Stuntman Bobby Bass. Mary Cathleen surft und modelt. Über Ann-Margret lernt sie 1973 den 30 Jahre älteren Schauspieler und Playboy John Derek kennen. John Derek, zuvor mit den Schauspielerinnen Pati Behrs und Ursula Andress verheiratet, lässt sich von seiner dritten Ehefrau Linda Evans scheiden und zieht mit der deutschstämmigen Mary Cathleen nach Deutschland, um der Anklage wegen Vergewaltigung Minderjähriger zu entgehen. Als sie 18 Jahre alt wird, heiraten beide. Mary Cathleen heißt inzwischen Bo Derek. John Derek unterzieht sie den selben Nasen-und-Wangenknochen-Operationen wie zuvor Andress und Evans. Seine Weibchen ähneln sich frappierend.

Durch John Dereks Sexfilme Love You und Fantasies eher in Schmuddelkinos bekannt, spielt sie im Horrorfilm Orca - Der Killerwal neben Richard Harris eine junge Frau, die dem Titelhelden schmeckt. Sie wird von John nackig für den Playboy fotografiert und Blake Edwards wird auf sie aufmerksam: er besetzt sie neben Dudley Moore und Julie Andrews für Zehn - Die Traumfrau in dem sie nicht mehr zu tun hat, als gut auszusehen, halbnackt am Strand zu liegen und mit Moore Bolero zu tanzen. Ihre dürftigen Auftritte machen Bo Derek zum Sexsymbol und die Illustrierten feiern sie als Superstar.

John Derek dreht mit ihr als Produzentin und Hauptdarstellerin in sexbetonten Rollen: In Êkstase verliert sie ihre Jungfräulichkeit an Andrea Occhipinti, in Tarzan, Herr der Affen hat sie als Richard Harris' Tochter Jane Dschungel-Sex mit Ex-Bodybuilder Miles O'Keeffe und in Mein Geist will immer nur das Eine … trauert sie um den impotenten Anthony Quinn, um sexuelle Befriedigung mit anderen Männern zu finden. Danach folgen regelmäßig weitere Rollen, doch der Hype um die “äußert untalentierte Blondine” (Das große Personenlexikon des Films in seinem Artikel zu John Derek) verfliegt schnell. Das US-Kino gibt ihr regelmäßig Rollen, die ihren einst profitablen Sex-Starlet-Status nutzen. Und Bo macht Schlagzeilen mit immer neuen Schönheits-OPs.

Republikanerin Bo Derek unterstützte im Wahlkampf 1988 und 1992 George Bush und 2000 und 2004 dessen Sohn George W. Bush. Letzerer ernannte sie 2006 zur Kuaratorin des John F. Kennedy Center for the Performing Arts. Des weiteren wurde sie von der Kriegsveteranen-Gesellschaft Special Forces Association ehrenhalber zum Green Beret ernannt.

Seit 2002 ist sie mit dem Schauspieler John Corbett liiert.