Elle se fait connaître du grand public en interprétant la fille d'Ada MacGrath dans La Leçon de piano qui lui permit, à l'âge de 12 ans, de remporter l'Oscar de la meilleure actrice dans un second rôle. Plus tard, on la retrouve dans
X-Men, où elle joue Malicia, dans Presque célèbre ou encore dans Elle est trop bien.
À partir de 2008, elle joue le rôle de Sookie Stackhouse dans la série True Blood diffusée sur HBO. Cette interprétation lui vaut de remporter le Golden Globe de la meilleure actrice dans une série télévisée dramatique en 2009.
Elle est mariée avec Stephen Moyer, son partenaire dans la série True Blood. Ils se sont mariés le 21 août 2010.
Elle parle couramment le français.