高校生の頃から演劇を始め、モデルとしても働く。1997年にオーディションに合格してアン・リー監督作品『アイス・ストーム』で映画デビュー。翌年放送開始のテレビシリーズ『ドーソンズ・クリーク』にも出演し、アメリカ合衆国のティーンの間で人気を博す。この年の『ピープル』誌の「21歳以下の最もホットな21人」や2003年には「最も美しい50人」に選ばれる。

1999年公開の『洗脳』でMTVムービー・アワードのブレイクスルー演技賞を受賞。その後も『鬼教師ミセス・ティングル』や『go』などの若者向け映画から『バットマン ビギンズ』のヒロインまで着実にキャリアを重ねていった。2009年

2008年にはアーサー・ミラーの『みんな我が子』でブロードウェイ・デビューを果たした[3]。

しかし、トム・クルーズとの結婚後は女優としての活躍の場は減り、メディアに取り上げられるのはクルーズや娘のことなど私生活ばかりになった。2008年に公開された『バットマン ビギンズ』の続編である『ダークナイト』では、前作から登場する人物のキャストの中ではただ一人降板している。2011年は『陰謀の代償 N.Y.コンフィデンシャル』に出演したが、端役にもかかわらず酷評されて大ブーイングを受けた[4]。離婚後の2013年は舞台に主演したが、不評と観客数が伸び悩み、打ち切りになった[5]。

2016年、『私の居場所の見つけかた』で映画監督デビューを果たした[6]。

映画業界の外での活動としては、コーチやGAP、ミュウミュウの広告塔を務めている。2007年にはニューヨーク・マラソンに参加し、完走した[7]。
私生活トム・クルーズと (2006年3月)

過去に『ドーソンズ・クリーク』で共演したジョシュア・ジャクソンと交際。また、2000年からクリス・クラインと交際し、2003年には婚約したが2005年に婚約破棄。

2005年からトム・クルーズと交際を始め、すぐに婚約。2006年4月18日にサンタモニカで長女（シュリ・クルーズ）を出産、同年11月19日にイタリアで挙式した。交際前はニューヨークに住んでいたが、結婚後はロサンゼルスで暮らしている。また、カトリック教徒だったが[8]、結婚後はサイエントロジーに改宗した[9]。

トム・クルーズとのゴシップをネタにされることが多く、2006年のゴールデンラズベリー賞（第26回ゴールデンラズベリー賞）で最もうんざりしたタブロイドネタ賞を受賞している。トム・クルーズと2009年

2012年6月、トム・クルーズとの離婚申請を発表、7月に和解に達し正式に離婚した[10]。離婚理由はトムが娘もサイエントロジーに入信させようとしたことによる対立、および教育方針を巡っての意見の相違であり、離婚後の親権は自身が獲得した。

2013年からジェイミー・フォックスと極秘交際を開始。2人は2017年9月4日、マリブビーチで手をつないで歩いているところを目撃され、初めて交際を公にした[11]。