En televisión Mitchell alcanzó la popularidad cuando formó parte en el año 1996 del reparto de la famosa teleserie Neighbours (Vecinos).
Ese mismo año comenzó su carrera cinematográfica al intervenir en la comedia romántica australiana Love and Other Catastrophes (1996).
Su rostro alcanzó mayor popularidad cuando protagoniza High Art (1998), película que supuso su debut en el cine estadounidense.
[2] A esta película siguieron otras, como Pitch Black (2000), filme que relata los hechos anteriores a Las crónicas de Riddick; Phone Booth (2002); Man on Fire (2004); Melinda & Melinda (2005), comedia de Woody Allen; Silent Hill (2006), basada en la saga de videojuegos homónima; Feast of Love (2007); The Waiting City (2009); y la secuela de Silent Hill: Silent Hill: Revelation 3D (2012).
En 2002 debuta como directora cinematográfica, con la película Four Reasons, en la cual también ejerce de guionista y actriz.