Révélée au grand public lorsqu'elle était adolescente grâce au film "Beetlejuice" en 1988, elle y a incarné Lydia Deetz dans le film de Tim Burton. Elle a ensuite eu des rôles importants dans "Les Deux Sirènes", "Edward aux mains d'argent", "Dracula", "Les Quatre Filles du docteur March" et "Une vie volée". Elle joue également dans la série Netflix "Stranger Things".
Elle a fait ses débuts au cinéma en 1986 dans le film de David Seltzer "Lucas".
Elle a remporté le Golden Globe de la meilleure actrice dans un second rôle en 1993 pour le film "Le Temps de l'innocence". Elle a incarné Amanda Grayson dans le blockbuster de 2009 "Star Trek".
Elle a été fiancée à Johnny Depp pendant trois ans avant de rompre avec lui en 1993. Elle est en couple avec Scott Mackinlay Hahn depuis 2011.
Elle a joué un rôle secondaire aux côtés de Natalie Portman dans le film "Black Swan" sorti en 2010.