Dopo gli inizi nei primi anni ‘90 con piccole parti in film e serie tv, diventa popolare con Elizabeth nel 1998, che le vale anche la prima candidatura agli Oscar. Successivamente, è protagonista di film di grande successo, sia di pubblico che di critica, come Il signore degli anelli, The Aviator, Il curioso caso di Benjamin Button, Blue Jasmine, Carol, Manifesto, Thor – Ragnarok. Parallelamente alla carriera cinematografica, affianca anche quella a teatro, dove si cimenta anche nella regia.
Inoltre, è sempre impegnata in iniziative culturali, sociali e ambientaliste. L’attrice è anche testimonial dei profumi di Armani.