Ficou conhecida por Advogado do Diabo e recebeu um Oscar de Melhor Atriz por interpretar uma assassina perturbada no filme Monster - Desejo Assassino, de 2003. Seus outros trabalhos no cinema incluem Regras da Vida, Branca de Neve e o Caçador, Jovens Adultos e Mad Max: Estrada da Fúria.
Ela conseguiu um contrato de modelo aos 16 anos e estudou na Joffrey Ballet School até sofrer uma contusão no joelho.
Ela interpretou uma personagem recorrente chamada Rita na terceira temporada da série de comédia Arrested Development, da Fox.
Adotou o seu filho, Jackson, em março de 2012 e a sua filha, August, em julho de 2015. Começou a namorar o ator Sean Penn em 2014, o casal se separou em 2015.
Contracenou com Christina Ricci em Monster - Desejo Assassino.