El primer papel actoral notable de Rao se produjo en la película de 2007 Leones por corderos, coprotagonizada con Robert Redford, Tom Cruise y Meryl Streep.

En 2010, tuvo un papel recurrente como Angela en la comedia de Fox Sons of Tucson.

Sydney Napur, un personaje habitual del drama médico de David E. Kelley Monday Mornings (TNT).

En el mismo año, Rao formó pareja junto a John Cena en la comedia Blockers de Universal Pictures.

[6]​ Obtuvo su Máster en Bellas Artes en actuación en 2005 en el American Conservatory Theatre de San Francisco.