Po zakończeniu trasy promocyjnej producenta lodówek w San Francisco, Novak wyjechała za sławą do Los Angeles. Pracowała jako modelka dla Caroline Leonetti Modeling Agency w Hollywood. Była statystyką w filmie Syn Sindbada (nakręconym w 1953, a wprowadzonym na ekrany w 1955), a następnie w produkcji wytwórni RKO Pictures Francuska linia (The French Line, 1953) w reżyserii Lloyda Bacona z Jane Russell w roli głównej.
Początek jej kariery miał miejsce, gdy zauważył ją Harry Cohn, szef wytwórni Columbia. Szukał aktorki, która mogłaby rywalizować o względy męskiej publiczności z Marilyn Monroe i dostrzegł w Kim odpowiedni potencjał. Po kilku lekcjach aktorstwa wystąpiła w filmie Fałszywy krok (1954) i wypadła na tyle dobrze, że podpisał z nią długoterminowy kontrakt. Kolejny jej film, Piknik (1955) (z Williamem Holdenem jako partnerem) stał się przebojem kasowym sezonu i otrzymał dwa Oscary. Od tego momentu stała się jedną z najpopularniejszych gwiazd Hollywood.