Radha Mitchell se narodila 12. listopadu 1973 v Mellbourne. To, že se Radha dala na herectví nebylo velké překvapení, její otec byl filmař. Už od střední školy hrála divadlo a hrála také v TV, například v seriálu Neighbours. Jako host se objevila v seriálech The Flying Doctors nebo All Together Now.

V následujících letech zazářila ve filmech Vrcholné umění (1998) a ve filmu Marca Forstera - Everything Put Together. Oba snímky získaly cenu Independent Spirit Award. Do povědomí divaků se však dostala akčním sci-fi filmem Pitch Black (Černočerná tma), kde si zahrála po boku Vina Diesela. Následně přišly velmi úspěšné filmy jako Telefonní budka a Muž v ohni.

V roce 2002 zrežírovala černobílý autorský snímek Čtyři důvody. O dva roky později si zahrála ve filmu Woodyho Allena - Melinda a Melinda, kde si zahrála dvojroli. Ve stejném roce hrála po boku Johnny Deppa a Kate Winslet ve filmu Hledání Země - Nezemě. Za tento výkon získali nominaci na Screen Actors Guild Award. Další role na sebe nenechaly dlouho čekat. V roce 2005 si zahrála ve filmu Mozart and the Whale a poté opět zazářila ve filmové adaptaci videohry Silent Hill.

V dalších letech se Radha objevila například ve filmu Krokodýl: Návrat do krvavé laguny (2007), Zázraky se nedějí (2008), Útěk z Huang Shi (2008), Náhradníci (2009), Podivní (2010) nebo Pád Bílého domu (2013). V roce 2013 si zahrála hlavní roli v osmidílném miniseriálu Red Widow (Rudá vdova).

Radha by měla v následujích letech natáčet v pokračováním London Has Fallen, Sacrifice nebo Looking for Grace.