In London angekommen, traf Lamarr auf MGM-Boss Louis B. Mayer, der in Europa auf Talentsuche war. Seinen ersten Vorschlag von 125 US-Dollar pro Woche schlug sie aus, nur um sich kurz darauf auf den selben Liner Richtung New York wie er einzuschiffen und ihn derart zu bezirzen, dass er einen 500-Dollar-Vertrag springen ließ. Mayer war es auch, der ihr einen Künstlernamen verpasste, um sich von ihrer Arbeit an Ekstase zu distanzieren: Lamarr nach der Stummfilmikone Barbara La Marr. Aus Hedwig Eva Maria Kiesler wurde Hedy Lamarr.

Fortan wurde sie von Louis B. Mayer als schönste Frau der Welt vermarktet und bekam ihre erste Rolle im 1938er Algiers, einem US-Remake von Julien Duviviers Pépé le Moko. Der Film mit Charles Boyer wurde ein Erfolg und Lamarr vor allem für ihre Schönheit gefeiert. In den folgenden Jahren erhielt sie immer wieder Rollen exotischer Verführerinnen wie in Jack Conways Lady of the Topics als geheimnisvolle Schönheit aus Saigon.