Elle chante à nouveau à ravir dans la comédie musicale sans génie mais bien enlevée de Walter Lang, La Joyeuse parade (1954). En effet, Marilyn ne fut pas qu’une actrice : comme Marlène Dietrich et Rita Hayworth, elle a mené une carrière de chanteuse, en liaison avec les bandes son de ses films. Si son image entra dans la mémoire collective, sa voix, elle aussi, devint mémorable. Car on oublie bien souvent que Marilyn se révéla essentiellement dans des comédies musicales. À cette époque, les studios ne demandaient pas seulement à une jeune actrice d'être belle, mais aussi de savoir chanter et danser. Qualités que Marilyn n'avait jamais travaillées quand elle décrocha le premier grand rôle de sa carrière dans Les Reines du music-hall. Pour l'obtenir, elle avait interprété à l'audition Love me or leave me, une des chansons du film; Afin de la préparer au rôle, la Columbia la confia à un professeur de chant du nom de Fred Karger. Marilyn en tomba follement amoureuse et suivit avec assiduité les cours qu'il lui donnait. Le résulta fut surprenant quand elle interpréta Anyone can see I love you et Every baby needs a da-da-daddy. Son phrasé était clair, précis et sa voix veloutée avec un mélange d'innocence enjouée et de sensualité retenue. Mais c'était surtout avec Les hommes préfèrent les blondes que Marilyn révéla en outre à ses admirateurs éblouis un réel don de chanteuse : sa voix enfantine et un peu voilée faisant merveille dans les chansons les plus fameuses du film : Bye Bye Baby ou Diamonds are a girl's best friend. Elle fut éblouissante également dans les petits chefs-œuvre de la chanson américaine que sont One silver dollar ou Down the meadow, une adorable ballade enfantine qu’elle chante pour le fils de Mitchum dans le film La Rivière sans retour... Sa voix reste aussi inoubliable que sa silhouette ou son visage. Plusieurs disques témoignent de son exceptionnel talent.