Es conocida por interpretar a Rory Gilmore en la serie Gilmore Girls y a Lena Kaligaris en la saga de películas The Sisterhood of the Traveling Pants.

En 2005 alcanzó mayor reconocimiento por interpretar a ser una de las protagonistas en la adaptación de la novela de Ann Brashares The Sisterhood of the Traveling Pants, donde interpretó a Lena, una adolescente dibujante que junto con otras tres amigas comparte unos pantalones vaqueros, que pese al físico diferente de cada una, les queda bien a todas, mientras lidian con temas como la amistad, la familia y el amor.

En 2006 coprotagonizó la comedia romántica independiente I'm Reed Fish, junto a Jay Baruchel.

Desde 2017 participa en la serie distópica El cuento de la criada, donde interpreta a Ofglen/Emily Malek, papel por el que obtuvo amplio reconocimiento de la crítica, llegando a ganar un Premio Primetime Emmy como Mejor actriz invitada en una serie dramática.

En 2012, Bledel comenzó a salir con Vincent Kartheiser, cuyo personaje, Pete Campbell, compartió escenas con su personaje Beth Dawes, durante su participación como estrella invitada en la serie Mad Men.