Mezun olduktan sonra New York'taki Zoli isimli bir modellik ajansı için çalışmaya başladı. Modellik, hatta bir süreliğine garsonluk bile yaptığı bu dönemde Sydney Pollack'ın dikkatini çekince başrolünde Dustin Hoffman'ın oynadığı Tootsie adlı filmdeki pembe dizi aktristi rolünü alarak beyaz perdeye geçiş yapmış oldu. Bu rolün ardından Family Ties ve bir bölümünü kendisinin yazdığı Buffalo Bill gibi dizilerde oynadı.

Televizyon dizilerinin ardından sinema filmlerine devam eden Davis, 1982 yılında Chevy Chase ile birlikte Fletch adlı filmde rol aldı. Ardından David Cronenberg'in 1986 yapımı The Fly (Sinek) adlı filmi ile adını daha geniş çevrelere duyurmayı başardı. Bu filmdeki teknik bir arıza sonucu sineğe dönüşen bilim adamını canlandıran Jeff Goldblum ile evlendi. 1988 tarihli Beetlejuice (Beter Böcek) adlı filmin ardından dram ve komedi filmlerinin aranan yıldızı olmayı başarmıştı. Aynı yıl bir köpek terbiyecisini canlandırdığı The Accidental Tourist'deki performansı ile En iyi Yardımcı Kadın Oyuncu Oscarı'nın sahibi oldu. Bu yıllar boyunca pek çok farklı rolde oynasa da genel anlamda 'beceriksiz fakat etkileyici' kadın portesini korudu.

1991 yılına gelindiğinde radikal feminist üslubu ile büyük tartışmalara yol açan ve Susan Sarandon ile birlikte rol aldığı Thelma ve Louise filmi ile bu kez En İyi Kadın Oyuncu dalında Akademi Ödülü'ne aday gösterildi, ancak Jodie Foster'a kaybetti. Bu tarihten sonra yavaş yavaş sinema dünyasından uzaklaşan Davis, beyazperdede daha az görünmeye başladı. Küçük Kardeşim (Stuart Little) film serisinin 3 filminde Eleanor Little rolünde boy gösterdi.

Oyunculuğun yanı sıra okçuluk sporuyla da ilgili olan Davis, 2000 Sydney Olimpiyatları'na katılacak okçuluk takımı seçmelerine davet edildi, ancak 300 sporcu arasında 24. olmasına karşın elendi.

Geena Davis toplam 4 kez dünyaevine girdi. İlk olarak Richard Emmolo ile 1982'de kısa bir süre evli kaldı. Daha sonra aktör Jeff Goldblum'la 1987-1990 arasında yine çok uzun sürmeyen bir evlilik gerçekleştirdi. 3. evliliğini ise Fin yönetmen Renny Harlin'le 1993'te yaptı, ancak 1998'de bu evliliği de sona erdi. 2001'de Reza Jarrahy ile evlenen sanatçının bu evlilikten Alizeh Keshvar Jarrahy (d. 2002) bir kızı, Kian William Jarrahy ve Kaiis Steven Jarrahy (d. 2004) adlı ikiz erkek çocukları bulunmaktadır.