米ニューヨーク州ベッドフォード出身。妹のルーニー・マーラも女優で、曽祖父2人はそれぞれNFLのニューヨーク・ジャイアンツとピッツバーグ・スティーラーズの初代オーナー。ニューヨーク大学ティッシュ・スクール・オブ・アーツに進学し、1997年にTVシリーズ「LAW＆ORDER ロー＆オーダー」で女優デビュー。99年に「ランダム・ハーツ」で映画初出演を果たした。アン・リー監督の「ブロークバック・マウンテン」（05）でヒース・レジャーの娘役を演じて注目を浴び、以降「ザ・シューター　極大射程」（07）、「127時間」（10）などに出演する。その後「アメリカン・ホラー・ストーリー：精神科病棟」（11）、「ハウス・オブ・カード　野望の階段」（13～14）など話題のTVドラマにも出演。マーベル原作の映画「ファンタスティック・フォー」（15）ではヒーローチームの一員インビジブル・ガール／スー・ストーム役に起用された。その後もリドリー・スコット監督のSF映画「The Martian（原題）」（15）など大作への出演が続く。