[3]​ Es conocida por su participación en películas como The Lost World: Jurassic Park (1997), Boogie Nights (1997), Magnolia (1999), Hannibal (2001), Las horas (2002), Far from Heaven (2002), Children of Men (2006), A Single Man (2009), The Kids Are All Right (2011), Carrie (2013), Maps to the Stars (2014), Still Alice (2014), Los juegos del hambre: sinsajo - Parte 1 (2014), Sinsajo - Parte 2 (2015), Freeheld (2015) y La habitación de al lado (2024).

En 1983 se trasladó a Nueva York, donde trabajó como camarera hasta que le llegó la oportunidad de convertirse en actriz.

Al año siguiente participó en El cuerpo del delito (1993) en la que también aparecían Madonna y Willem Dafoe.

[7]​ Ese mismo año protagonizó Boogie Nights, dando vida a la actriz porno Amber Waves, interpretación que le valió una candidatura al Óscar a la mejor actriz de reparto y al Globo de Oro en la misma categoría.

[2]​ Después llegarían Hannibal (2001), al lado de Anthony Hopkins y donde interpretó a Clarice Starling.

[10]​ En los años siguientes intervendría en películas como The Forgotten (2004) o Children of Men (2006), con Michael Caine y Clive Owen.

[2]​ En 2010 estrenó The Kids Are All Right, con Annette Bening y Mark Ruffalo, siendo la cinta mejor valorada de carrera profesional.

[13]​ En 2013 participa en la película Italiana 666 espíritus donde encarna a una doctora que intenta investigar el extraño comportamiento de un paciente.

Papel que le valió su undécima nominación a los Premios Globo de Oro.

[20]​ Además, protagoniza una nueva miniserie de drama histórico, Mary & George, donde interpreta a Mary Villiers junto a Nicholas Galitzine como George Villiers; esta producción fue estrenada en marzo de 2024 en la plataforma Sky-ShowTime.

[22]​ En 2025, por decreto del presidente Donald Trump a través del Departamento de Defensa, se prohibieron libros infantiles que abarquen temas relacionados con la equidad y la discriminación, e incluyó Freckleface Strawberry dentro de la lista.