11歳から地元アリゾナ州の劇団で活動。2005年にTVドラマ「The New Partridge Family」で俳優デビューし、初主演を務めた「小悪魔はなぜモテる?!」（10）で第68回ゴールデングローブ主演女優賞にノミネートされる。映画「ラブ・アゲイン」や「ヘルプ　心がつなぐストーリー」（ともに11）などの話題作を経て、「アメイジング・スパイダーマン」シリーズ（12、14）のヒロイン、グウェン・ステイシー役で世界的な人気を確立。主演俳優のアンドリュー・ガーフィールドとの交際でも話題を呼んだ。

「バードマン　あるいは（無知がもたらす予期せぬ奇跡）」（14）でアカデミー助演女優賞に初ノミネート。その後、大ヒットミュージカル「ラ・ラ・ランド」（16）でアカデミー主演女優賞を受賞。さらに、プロデューサーも兼任したヨルゴス・ランティモス監督作「哀れなるものたち」（23）で2度目の同賞受賞を果たし、名実ともにトップ女優の座を固める。

その他の出演作に「女王陛下のお気に入り」（18）、「クルエラ」（21）など。ランティモス監督と4度目のタッグとなった「ブゴニア」（25）でも、第98回アカデミー主演女優賞にノミネートされた。私生活では、2020年に「サタデー・ナイト・ライブ」の演出家・脚本家のデイブ・マッカリーと結婚している。