Actrice de télévision et de cinéma, elle a incarné Jessica Day dans la sitcom "New Girl". Elle a joué dans plusieurs films, y compris "The Good Girl", "Elfe", "Le Secret de Terabithia", "Presque Célèbre", "Le Guide du Voyageur Galactique".
Elle est devenue amie avec les acteurs Jake Gyllenhaal et Kate Hudson lorsqu'elle était au lycée avec eux à Santa Monica, en Californie. Elle a fait ses débuts au cinéma en 1999 avec le film "Mumford".
Elle a formé un groupe en duo avec le chanteur et guitariste She & Him. Ils ont sorti leur premier album, "Volume One", en 2008.
Elle a été mariée au chanteur de Death Cab For Cutie Ben Gibbard de 2009 à 2011. En janvier 2015, elle s'est fiancée à Jacob Pechenik et le couple s'est mariée l'année suivante. Jacob Pechenik et elle ont eu une fille, Elsie Otter et un garçon, Charlie Wolf, avant de se séparer en 2019. Elle a ensuite entamé une relation avec Jonathan Scott. Son père est le directeur de la photographie plusieurs fois récompensé aux Oscars Caleb Deschanel et sa mère est l'actrice récompensée Mary Jo Deschanel. Sa sœur est l'actrice Emily Deschanel.
En 2011, elle a commencé à jouer dans la série "New Girl" aux côtés de Jake Johnson.