Sin da bambina muove i suoi primi passi al cinema accanto a dei grandi di Hollywood come Sean Penn, Robert De Niro e Danzel Washington.
Tutto ebbe inizio con uno spot pubblicitario, ma da lì al trasferimento a Los Angeles il passo fu breve.
Comincia sin da subito ad essere ingaggiata da un’agenzia, ed entra nei cast di serie televisive di successo in America e non solo, come E.R. Medici in prima linea, Ally McBeal, C.S.I e Friends.
Non passa molto da quel momento all’esordio al cinema con la sexy comedy I Gattoni. La fama però giunge con un film diretto da Jessie Nelson, Mi chiamo Sam (nel quale recita al fianco di Michelle Pfeiffer e Sean Penn), interpretando una bambina contesa tra un padre con problemi psichici ed una società dalle regole intransigenti. Il suo è solo il primo gradino verso un successo che non si arresta a crescere, infatti seguono ingaggi per film come Tutta colpa dell'amore e 24 ore.
Torna poi sotto la direzione di Spielberg, questa volta per il piccolo schermo, con Taken, miniserie sulla realtà parallela governata dagli alieni. La sua purezza infantile, unita ad un’inconsueta bravura dinanzi alla macchina da presa, fanno di lei una delle attrici giovanissime più ricercate dai registi, ritrovandola così nel cast di Le ragazze dei quartieri alti, Man on Fire - Il fuoco della vendetta, diretto da Tony Scott. Interprete anche accanto al grande Denzel Washington in 9 vite da donna guadagna il riconoscimento come migliore attrice.
Ancora diretta da Steven Spielberg, sarà anche nel cast di La guerra dei mondi, dove interpreta la figlia di Tom Cruise. Il talento in incessante crescita è reso evidente in Dreamer - La strada per la vittoria per la regia di John Gatins. Nel 2006 si cimenta nei film per bambini, diventando la protagonista di La tela di Carlotta, così come nel 2008 sarà la voce della protagonista di Coraline e la porta magica.
La sua notorietà oramai inarrestabile la porterà tra gli interpreti della famosa saga di Twilight, New Moon e in Eclipse. Ma non basta, perché tra il 2008 e il 2010, è anche nel cast di due altri noti film come La vita segreta delle api, Winged Creatures - Il giorno del destino e Push. Nel 2012 sarà la protagonista di Now is Good dove interpreta una ragazza di diciassette anni alla quale è stata diagnostica una terribile malattia e, avendo ancora poco da vivere, fa una lista di tutto ciò che non vuole assolutamente perdersi prima di andar via.