Nata a Chicago (1940), da padre boliviano eda madre statunitense di origine inglese, discendente di un passeggero della Mayflower, Joseph Warren Adams, si trasferì all'età di due anni in un sobborgo di San Diego, in California. Studiò danza e iniziò a partecipare a numerosi concorsi di bellezza. Nel 1958 sposò James Welch, dal quale divorziò dopo avere avuto due figli, una dei quali è l'attrice Tahnee Welch. Successivamente si è sposata altre tre volte.
L'attrice Welch esordì a fianco di Elvis Presley ne Il cantante del luna park (1964), ma dopo alcune esperienze televisive (Il virginiano) entrò prepotentemente nell'immaginario delle generazioni degli anni sessanta per il ruolo della prosperosa Loana in Un milione di anni fa