Molly Sims, 25 Mayıs 1973 tarihinde Murray, Kentucky'da dünyaya geldi. Modellik kariyerine erken yaşlarda başladı ve Jimmy Choo, Escada, Giorgio Armani, Michael Kors ve Chanel gibi ünlü markalar için moda kampanyalarında yer aldı. Özellikle 2000'li yılların başında Sports Illustrated dergisinin kuyruk kıyafet sayıları için sıkça model oldu. 2001 yılındaki Victoria's Secret Moda Gösterisi'nde de yer aldı.

Molly Sims, oyunculuğa geçiş yaparak NBC'nin Las Vegas adlı komediye-drama dizisinde Delinda Deline rolünü canlandırdı. Bu rol, kariyerinin önemli bir noktasını işaretledi ve 2003 ile 2008 yılları arasında dizide yer aldı.