Зеттерлинг начала свою актерскую карьеру в возрасте 17 лет, в Королевском драматическом театре, а первое появление Май на большом экране состоялось в 1941 году, в комедии «Lasse Maja». Спустя три года (и два фильма) Май сыграла в драме «Травля» по сценарию Ингмара Бергмана, и эта роль стала прорывом, принесшим молодой актрисе популярность не только в Швеции, но и по всей Европе. Ее чувственное изображение простой девушки, ставшей жертвой садиста-учителя, стало сенсацией и сегодня считается достопримечательностью шведского кино. Фильм сделал Май международной звездой.
В 1947-м Зеттерлинг получила предложение сниматься в британском кино. Ее первым английским фильмом стала военная драма «Фрида» (Frieda), за которой последовала главная роль в следующем фильме Бергмана, драме «Музыка в темноте». Студия продвигали молодую красивую актрису как следующий секс-символ эпохи и ставила к ней в пару самых привлекательных мужчин-актеров.
В 1954-м она приняла предложение сыграть главную роль в своем единственном голливудском фильме, «Постучи по дереву» и поняла, что ненавидит Голливуд. Май вернулась в Англию и блистала на сцене в постановке «Кукольный дом».
В 60-х и 70-х годах она была одной из тех немногих женщин, которые нашли постоянную работу в качестве режиссера. Ее первая попытка, «Военная игра», короткометражный документальный фильм, завоевала первую премию на Венецианском кинофестивале в 1963 году.
Многие из ее последующих фильмов подробно останавливались на теме женской сексуальности и были сфокусированы на роли женщин в обществе. Среди ее режиссерских работ - «Влюбленные» в 1964-м, «Ночные игры» в 1966-м, «Доктор Глас» в 1968-м, «Девушки» в 1969-м, «Винсент-голландец» в 1975-м, «О тюленях и человеке» в 1978-м, «Женщина-полицейский» в 1979-м, «Скребки» в 1983-м и «Амороза» в 1986 году.
Кроме того, она писала книги для детей, рассказы и романы, один из которых, «Ночные игры», превратила в сценарий и воплотила на экране. В 1985 году она опубликовала автобиографию под названием «Все те завтрашние дни».
Дважды была замужем. Ее брак с норвежским актером и танцором Тутте Лемковым продолжался с 1944 по 1953 год и окончился разводом, хотя и принес Май дочь и сына. В 1958-м она вышла за писателя и кинодраматурга Дэвида Хьюза, вместе с которым работала над частью своих фильмов. Они развелись в 1979-м, а через год Хьюз женился второй раз. Май больше замуж не вышла.
К концу своей жизни Май, после 14 лет перерыва, вернулась в кинематограф в качестве актрисы. Самая известная роль ее позднего периода – неунывающая бабушка Хельга Ившим в фильме 1990 года «Ведьмы», которая была вынуждена бороться со злобным персонажем Анжелики Хьюстон, чтобы спасти ее внука от сборища ведьм.
Актриса умерла от рака в день Святого Патрика, 17 марта 1994 года, в Лондоне, в возрасте 68 лет. На тот момент она работала над фильмом «Женщина, которая вычистила мир», сценарий к которому написала сама.
Недавно опубликованные документы из Национального архива в Лондоне показывают, что Май Зеттерлинг принадлежала к так называемым «голливудским левым», политической группировке, разделявшей социалистические убеждения. Агенты британской безопасности наблюдали за актрисой, подозревая ее в связях с коммунистами. Однако, в Великобритании никогда не было системы, подобной черным спискам, существовавшим в Голливуде.