Jo Raquel Tejada néven született Chicagóban egy bolíviai űrmérnök és angol anya gyermekeként. Latin származását sokáig titkolta, csak az utóbbi években kezdett büszkén mesélni gyökereiről. Kislányként táncolni tanult, kamaszként sorra nyerte a szépségversenyeket. A középiskola után ösztöndíjjal színi tanulmányokba kezdett a San Diegó-i egyetemen és feleségül ment középiskolai szerelméhez, James Welch-hez, a négy évig tartó házasságból két gyermek született. A formás alakú lány a helyi tévében olvasta fel az időjárás-jelentéseket, de munkája és családja miatt színésznői álmait időlegesen fel kellett adnia.

Válása után Dallasba, azután Los Angelesbe költözött, ahol modellként próbált érvényesülni, televíziós csatornák és filmstúdiók ajtaján kopogtatott. Menedzsere elhatározta, hogy szexszimbólumot farag belőle, ő beszélte rá arra is, hogy a spanyolos családneve helyett férje nevét használja. Kezdetben csak szexi dekorációként "alkalmazták", végre 1965-ben elnyert egy fürdőruhás főszerepet egy zenés filmben és hétéves szerződést ajánlott neki a 20th Century Fox stúdió.

Első nagy sikerét a Fantasztikus utazás című sci-fiben aratta 1966-ban. Ugyanebben az évben forgatták vele az Egymillió évvel ezelőtt című filmet, amely meghozta a nagy áttörést. Az őskorban játszódó moziban az emberiség történetének első, bőrből készült bikinijében bukkant fel a tengerből. A filmmel kapcsolatban később azt mondta: "Élő bizonyítéka vagyok annak, hogy egy kép többet mond ezer szónál" és máig sem bánta meg, hogy látványosságként alkalmazták.

A következő években sorra kapta a szerepeket, 1967-ben a Bájkeverő című romantikus vígjátékban csábított, 1968-ban westernhősnőként lovagolt James Stewart oldalán, majd Frank Sinatra, Burt Reynolds, Peter Sellers dekoratív partnernője lehetett. Karrierjének szakmailag legelismertebb szerepe Constance Bonacieux megformálása volt Richard Lester látványos és szellemes kalandfilmjeiben, A három testőr, avagy a királyné gyémántjai és A négy testőr, avagy a Milady bosszúja című alkotásokban, az utóbbiért 1975-ben Golden Globe-díjat kapott. 1972-ben Magyarországon forgatta Richard Burtonnel a Kékszakáll című filmet, amellyel újabb kísérletet tett arra, hogy meggyőzze a szakmát, komolyabb alakításokra is képes, de lesújtó kritikákat kapott. A Golden Globe-díjra még egyszer, 1988-ban jelölték, egy halálos kórban szenvedő, egykor sikeres pszichológusnő megformálásáért a Right to Die című filmben.

Pályájának íve a hetvenes évek közepén megtört, kikerült az élvonalból. 1982-ben a John Steinbeck regényéből készült A kék öböl című filmmel akart visszatérni, még abba is beleegyezett, amibe korábban soha, hogy félmeztelenül jelenjen meg a filmvásznon. Az MGM stúdió azonban öt nappal a forgatás megkezdése után Debra Wingerre cserélte le, emiatt Welchnek sikerült 15 millió dollár kártérítést kiperelnie. A botrány persze nem segítette pályafutását, de Welch megőrizte imázsát, hiszen a vetkőzés elmaradt. A színésznő korábban többször is visszautasította a Playboy nagyvonalú ajánlatát, amire 1979-ben mégis igent mondott - de csak fürdőruhás képet közölhettek róla.

A nyolcvanas években a televíziónál talált testhezálló szerepeket, a Broadway színpadain is érdeklődés fogadta. Az 1990-es évek epizódalakításai szakmai szempontból nem jelentettek művészi kihívást számára, mégis szerepelt vígjátékban, tévéfilmben és -sorozatban . A filmvásznon 2001-ben tűnt fel újra a Doktor Szösziben, egy gyilkossággal vádolt nő szerepében, majd 2006-ban a Taták a tutiban című vígjáték kiöregedő Las Vegas-i táncosnőjeként Burt Reynolds, Robert Loggia és Charles Durning ostromolta. Ezután még szerepelt néhány sorozatban, eddigi utolsó filmjét 2017-ben Hogyan legyél latin szerető címmel forgatta.

Az 1980-as évek aerobicláza idején ő is testformáló videókat dobott piacra meglehetősen nagy sikerrel, alighanem azért, mert alakja még a negyvenen túl is csodás maradt. Paróka- és ékszerkollekciójával, bőrápolóival is tetemes bevételekre tett szert, saját parókáit ő is szívesen viselte. A MAC kozmetikai cég 2007-ben, 67 évesen választotta egyik arcának, 2011-ben a második helyen végzett a Men's Health magazin minden idők legszexisebb nőinek listáján.

A színésznő négyszer ment férjhez és négyszer vált el, egy fia és egy lánya született, utóbbi maga is a színészi pályát választotta. Welch már sajnálja, hogy a karriert és a sikert részesítette előnyben, s emiatt hosszú ideig megromlott a kapcsolata gyermekeivel.