Más éxito llegó con sus papeles como Lucy Gennero-McClane, la hija de John McClane, en Live Free or Die Hard (2007) y Ramona Flowers en Scott Pilgrim vs.

Otros papeles incluyen la comedia dramática All About Nina (2018), el thriller de acción Gemini Man (2019) y como la Cazadora en Birds of Prey (2020).

Desde 2013, Winstead ha actuado como la mitad del dúo musical Got a Girl, con Dan the Automator.

[8]​ Durante su juventud, Winstead inicialmente esperaba seguir una carrera como bailarina y apareció en producciones de ballet locales.

Más tarde dijo: «Me di cuenta desde el principio de que ya era demasiado alta para cuando tenía 13 años ... ya sabes, tu cuerpo tiene que permanecer así durante toda tu vida, y es bastante duro para tus músculos y tus huesos».

[4]​ Como todavía era una adolescente en ese momento, esto requirió que fuera educada en el hogar durante la mayor parte de la escuela secundaria.

[9]​[10]​ Winstead apareció en una producción de Joseph and the Amazing Technicolor Dreamcoat protagonizada por Donny Osmond.

Se fue para perseguir otros intereses y luego declaró: «Realmente tuve uno de los papeles más pequeños en Passions, así que no me involucré demasiado ...

[22]​ Volvería a colaborar con Morgan y Wong ese mismo año, en la película de terror Black Christmas.

Recibió malas críticas, pero le valió una nominación a Reina del grito en los Scream Awards de 2007.

Es la segunda película que presenta a Winstead con Russell (después de Sky High), aunque solo filmó escenas con Dawson, Thoms y Bell.

La producción tuvo un bajo rendimiento comercial, pero atrajo un gran revuelo en los medios y elogios de la crítica,[30]​[31]​ la revista Variety señaló que Death Proof «demuestra su valor como característica independiente» y encontró que la «aparición» de Winstead es «una ventaja agradable [para la película]».

El crítico Mike Martin escribió: «Winstead infunde cada momento con una increíble cantidad de encanto».

The World, una adaptación del cómic Scott Pilgrim, bajo la dirección de Edgar Wright.

[52]​ Apareció junto a Aaron Paul en Smashed, un drama independiente dirigido por James Ponsoldt sobre una pareja alcohólica casada (Paul y Winstead) cuya relación se pone a prueba cuando la esposa decide dejar de beber.

Se despierta cada día con una apariencia diferente; Winstead apareció como Leah, el interés amoroso de Alex.

Hace igualmente un cameo en la película A Good Day to Die Hard, como Lucy Gennaro McClane.

Por el año 2014 protagoniza la película Alex of Venice, dirigida por Chris Messina, junto a Derek Luke y Beth Grant.

Posteriormente es la protagonista de la película Faults, la cual ha recibido críticas positivas, teniendo en Rotten Tomatoes una puntuación aprobatoria del 88%.

Luego, actúa en la película Kill the Messenger, junto a Paz Vega, Jeremy Renner y Rosemarie DeWitt, estrenada el 10 de octubre del mismo año.

En 2012 forma el grupo musical "Got a Girl", junto al productor de música Dan "The Automator".