본명은 이민자(李敏子)이며 1945년 경기도 광주에서 출생했다. 1964년 성신여자고등학교를 졸업하고 한양대학교 영화학과에 입학했다. 하명중, 문희 등과 함께 1965년 5월 KBS 제5기 공채 탤런트로 선발되면서 연기자의 길로 들어섰다. 같은 해 11월 연방영화사에서 실시한 「유정」여주인공 현상공모에 당선되어 「유정」의 여주인공인 남정임(南貞妊)을 예명으로 영화배우 활동을 시작했다.
이후 「초련」, 「만선」, 「까치소리」, 「분녀」등 문예물, 「학사기생」,「학사며느리」,「남자식모」등 코미디물, 「일지매 삼검객」, 「팔없는 검객」등 무협물을 포함한 다양한 장르의 영화에 출연했다.
1971년 재일교포 사업가 임방광(林芳光)과 결혼한 후 영화계를 떠났다. 1974년 가정불화로 별거했으며, 1976년 연예계에 다시 복귀하여 영화「나는 고백한다」(1976)의 주연을 맡았으며 텔레비전 드라마에도 출연했다. 그간 자신의 결혼 생활의 전말을 극으로 만든 「고백」이 라디오 연속극으로 방송되기도 했다. 1977년 스캔들 메이커라는 이유로 1년간 방송출연을 금지 당하는 등의 순탄치 못한 과정을 거치다 결국 「웃음소리」(1978)를 마지막으로 영화계에서 은퇴했다. 임방광과 이혼 후 1978년 노승주(盧承冑)와 재혼했으며, 1992년 유방암으로 사망했다.
1960년대 중반부터 결혼 직전까지, 윤정희·문희와 함께 ‘여배우 트로이카’로 주목받던 시기가 전성기였다. 다양한 캐릭터를 연기했지만 주로 발랄하고 깜찍한 이미지의 역할로 큰 사랑을 받았다.
1966년「유정」으로 제4회 청룡영화상 신인상, 제13회 아시아영화제 신인상을 받았고, 1967년 제3회 백상예술대상 신인상을 받았으며, 1969년「분녀」로 제6회 청룡영화상 여우주연상을 수상했다.