Sterling Hayden joue dans de nombreux films très admirés, comme Johnny Guitare ou Quand la ville dort (The Asphalt Jungle). Il a collaboré à deux reprises avec Stanley Kubrick (L'Ultime Razzia et Docteur Folamour). Il joue également le rôle du capitaine Mc Kluskey de la police new-yorkaise dans Le Parrain de Francis Ford Coppola.

L'Office of Strategic Services, ancêtre de la CIA, utilisait un vaste réseau d'agents secrets pendant la Seconde Guerre mondiale. Les Archives nationales américaines révèlent en 2008 des noms surprenants comme celui de Sterling Hayden, qui avait combattu aux côtés des partisans de Tito, en Yougoslavie.

Il fut aussi amené à témoigner devant l'HUAC (House Un-American Activities Committee, l'organe du maccarthysme) qui l'a principalement interrogé sur sa brève adhésion au Parti Communiste américain, en 1945. Bien qu'affirmant ne se souvenir que du prénom de ses « camarades », il ne peut se dérober lorsqu'il s'agit d'admettre y avoir rencontré quelques personnes, notamment Abraham Polonsky. Il fut inscrit sur la liste noire du cinéma. D'après John Berry, interviewé par Bertrand Tavernier, il comprend rapidement son erreur et va se poster devant la commission, brandissant une pancarte sur laquelle était écrit « Ne dites rien, ils sont ignobles ». En 2008, son rôle en Yougoslavie auprès des combattants de Tito est évoqué dans le roman noir de Roger Martin Jusqu'à ce que mort s'ensuive (Le Cherche midi, puis Pocket en 2013).