Narodila se ve městě Vicenza v Itálii americkým rodičům. Má čtyři bratry a dvě sestry. Rodina se usídlila v Castle Rock v Coloradu, když jí bylo osm let. Navštěvovala střední školu Dougles Country.

Její filmový debut přišel v roce 1999 ve snímku Krása na zabití. Po několika seriálech a béčkových filmech byla v roce 2002 obsazena do role Brendy Strong ve filmu Chyť mě, když to dokážeš, ale její průlomová role přišla v roce 2005 v nezávislém filmu Junebug, kde za ztvárnění Ashley Johnsten získala ohlas u kritiků a nominaci na Oscara pro nejlepší herečku ve vedlejší roli.

Následně si v roce 2007 zahrála v disneyovské filmu Kouzelná romance, komerčně úspěšném filmu, který měl i úspěch u kritiků a za roli princezny Giselle získala svou první nominaci na Zlatý glóbus. Svou druhou nominaci na Zlatý glóbus a Oscara získala za roli mladé jeptišky, sestry James, ve filmu Pochyby. Ačkoliv se objevila v řadě dramatických a komediálních rolí, tak si původně získala reputaci za hraní postav s veselými a sluníčkovými dispozicemi, ale od té doby ztvárnila velkou řadu rolí.

Objevila se ve filmu Jarní úklid s.r.o. po boku Emily Blunt a Alana Arkina a následující rok ztvárnila Amelii Earhart ve snímku Noc v muzeu 2. V roce 2009 hrála hlavní roli ve filmu Julie a Julia a v následujícím roce si zahrála v romantické komedii Přestupný rok. Za roli Charlene Fleming ve snímku Fighter získala třetí nominaci na Oscara, Zlatý glóbus, druhou nominaci na cenu BAFTA a pátou na Screen Actors Guild Award.

V roce 2011 se objevila po boku Jasona Segela ve filmu Mupeti. V roce 2012 ztvárnila Peggy Dodd ve snímku Mistr a dceru postavy Clinta Eastwooda v baseballovém dramatu Problém s dráhou letu. Za Mistra byla počtvrté nominována na Oscara a Zlatý glóbus a potřetí na cenu BAFTA.

V roce 2013 si zahrála Lois Lane v rebootu série o Supermanovi, s názvem Muž z oceli. S Christianem Balem, Bradley Cooperem a Jennifer Lawrence se objevila ve filmu Špinavý trik, Za roli vyhrála Zlatý glóbus a Filmovou cena Britské akademie a získala nominaci na Oscara a cenu BAFTA. Také se objevila v kritiky uznávaném filmu Ona. V roce 2014 si zahrála ve filmu Tima Burtona Big Eyes, kde ztvárnila malířku Margaret Keane. Za roli získala Zlatý glóbus v kategorii nejlepší herečka v komedii nebo muzikálu. Roli Louis Lane si zopakovala ve filmu Batman v Superman: Úsvit spravedlnosti z roku 2016.