Cameron era filho de um ministro religioso, mas escolheu uma carreira diferente para si próprio. Antes da segunda guerra mundial, na qual ele serviu como piloto da força aérea americana, o astro atuou nos palcos da Broadway e, em 1940, apareceu numa transmissão experimental de televisão. Estreou nas telas em 1945, no filme What Next, Corporal Hargrove?, mas seus compromissos com o teatro também tiveram continuidade, ao mesmo tempo em que atuava no cinema.

Cameron ganhou a popularidade em 1951, ao personificar Happy, tanto nos palcos como na versão para o cinema de A Morte do Caixeiro Viajante. Contudo, será provavelmente mais lembrado por seu trabalho em 1967 no seriado para a televisão The High Chaparral, ou simplesmente Chaparral, como foi denominada no Brasil. O ator interpretou o personagem Buck Cannon e, ao lado de Henry Darrow, como Manolito Montoya, foram a grande razão do sucesso da série.

Nascido Cameron McDowell Mizell em Dallastown, Pennsylvania, o ator registrou mais de 300 participações, entre filmes para o cinema e programas de televisão. Cameron Mitchell faleceu aos 75 anos, em 6 de julho de 1994.