A los 11 años ya estudiaba actuación en la prestigiosa escuela del "Lee Strasberg Theater Institute", aunque ya había debutado en el cine a los 7 años en "Lookin' to Get Out".

Como muchas otras actrices, antes de llegar al cine incursiona en el mundo de la moda y a los 16 años ya era una modelo profesional, trabajando entre Londres, Nueva York y Los Angeles, entre desfiles, portadas de revistas y apariciones en videos musicales de reconocidos grupos como por ejemplo los Rolling Stones. Pero su deseo era ser actriz, así que de vuelta a Los Angeles retoma sus estudios de actuación, ahora en otro destacado instituto, el "Met Theatre Group".

En 1993 volverá a la pantalla grande, con un rol secundario como Casella "Cash" Reese en la película de ciencia ficción "Cyborg 2". Pasaran dos años para volverla a ver, esta vez como Kate Libby ("Acid Burn"), en Hackers, en donde conocerá a su futuro esposo, el actor inglés Jonny Lee Miller, con quien se casará ese mismo año, aunque el matrimonio no durará ni un año, oficializándose el divorcio en 1999.

Pero, mientras su matrimonio se iba a pique, su carrera cinematográfica iba en pleno ascenso, recibiendo muy buenas críticas por sus actuaciones en "Without Evidence" (1995), "FoxFire", "Love Is All There Is" y "Mojave Moon", estas tres últimas de 1996.

En 1997 debuta en la televisión, actuando en las películas para la pantalla chica "True Women" y "George Wallace". Por esta última obtendrá un Globo de Oro como mejor actriz de reparto, además de una nominación a los Emmy. Ese mimo año también se la ve en la pantalla grande, actuando en el filme "Playing God" protagonizada por David Duchovny. Al año siguiente se llevará otro Globo de Oro, también con un filme para televisión, esta vez como mejor actriz por su rol protagónico en "Gia", donde interpretaba a la modelo Gia Carangi que las drogas y el SIDA la llevaron a una prematura muerte.

En 1998 también actuará en "Hell's Kitchen" y en "Playing by Heart" con Sean Connery, Gillian Anderson y Ryan Phillippe. Al año siguiente la vimos como "Mary Bell" en "Pushing Tin", coprotagonizada por Billy Bob Thornton, quien será su futuro esposo, y como "Amelia Donaghy" en "The Bone Collector".

Pero su actuación más destacada y por la que logrará un Oscar como mejor actriz de reparto y una nominación al Globo de Oro, será su interpretación de "Lisa Rowe" en "Girl, Interrupted" también de 1999.En el 2000 actuó en "Gone in Sixty Seconds" conjuntamente con Nicolas Cage, y en el 2001 la veremos en "Original Sin" e interpretando a la estrella de los videos juegos, "Lara Croft" en "Tomb Raider".