Desde 2008, Wood ha aparecido en más películas convencionales, como El luchador (2008), Whatever Works (2009) y The Ides of March (2011).

A partir de 2016, interpreta a la androide Dolores Abernathy en la serie de HBO Westworld, por la que ganó un Critics' Choice Award y obtuvo una nominación al Golden Globe y Emmy Award.

Desde muy pequeños, ella y su hermano Ira participaron en lo que su padre llamó Theatre in the park.

Con siete años (1994) empezó su carrera como actriz e interpretó un pequeño papel en la serie American Gothic.

Su primer papel en el cine llegó cuatro años más tarde en Prácticamente magia (1998), película en la que compartió cartel con Sandra Bullock y Nicole Kidman.

Después rodó Digging to China (1998) junto a Kevin Bacon y Mary Stuart Masterson e hizo un pequeño papel en la serie Profiler.

Entre 1999 y 2001 rodó tres películas, una de ellas para televisión, e hizo una breve aparición en la serie Tocados por un ángel.

Sin embargo, fue su papel en la serie Once and again, donde interpretó a una adolescente con anorexia y enamorada del personaje de Mischa Barton, el que llamó la atención de Catherine Hardwicke, con la que más tarde rodó la película Thirteen.

Wood protagonizó también dos películas estrenadas en septiembre de 2007: King of California junto a Michael Douglas y Across the Universe, esta última un musical con canciones de The Beatles dirigido por Julie Taymor, que fue filmado en el Reino Unido, Estados Unidos y Vietnam.

Ella, como el resto de actores en la película, cantó personalmente todas las canciones, recibiendo muy buenas críticas con respecto a su voz.

Estuvo ligada al papel de Mary Jane Watson en el musical sobre Spiderman que Julie Taymor llevó a Broadway, pero finalmente se desvinculó del proyecto.

[16]​ En 2011, Wood reveló que era bisexual a través de Twitter,[17]​[18]​ y discutió su sexualidad en una entrevista con Esquire, diciendo: «Estoy ansiosa por cualquier cosa.

[21]​ Wood tuvo un parto en casa, y agradeció públicamente a Ricki Lake, creador del documental The Business of Being Born, por inspirar su decisión.

[28]​En 2016, Wood le dijo a un periodista de Rolling Stone, que había sido violada dos veces, «hace muchos años».

[30]​ Wood señaló específicamente a su expareja el músico Marilyn Manson como una de las dos personas que la habían violado, asegurando que sucedió por años y al menos una vez durante la filmación de un video musical.