ニューヨーク州出身。当時、父親のジェラルド・コネリーはジュニア向けのファッションデザイナー、母親のアイリーン・コネリーはアンティーク品のディーラーをしていた。母方の祖父母からはロシア人、ユダヤ人およびポーランド人の、父方の祖父母からはアイルランド人およびノルウェー人の血を引いている。英語の他にフランス語・イタリア語が堪能。

学業と仕事のバランスを取りながらイェール大学で2年間にわたって英語学と演劇学を学んだ後、スタンフォード大学に転入して古典演劇と即興演劇を学んだが、卒業するには至らなかった。
キャリア

両親の友人の勧めでモデルになる。コマーシャルや雑誌の仕事を経て、1982年にテレビドラマ『Tales of the Unexpected』の「The Girl」の回に出演して女優デビュー。 そして1984年に『ワンス・アポン・ア・タイム・イン・アメリカ』でヒロインの子供時代役を得て映画デビューを飾った。 1985年の『フェノミナ』で特に日本ではポストブルック・シールズとして注目され、数社のコマーシャルに起用、日本語でのレコード発売、映画雑誌の表紙を飾るなどしてアイドル的な人気を得た。その後はやや低迷し、『ホット・スポット』を皮切りに計7つの映画でヌードを披露した。

2000年の『レクイエム・フォー・ドリーム』の演技が評判を呼び、インディペンデント・スピリット賞助演女優賞にノミネートされた。ついで2001年公開の『ビューティフル・マインド』でアカデミー助演女優賞・ゴールデングローブ賞 助演女優賞・英国アカデミー賞 助演女優賞 ・第7回クリティクス・チョイス・アワード 助演女優賞・アメリカ映画協会賞年間最優秀女優賞を獲得し、演技派女優として認められるようになる。2005年には『仄暗い水の底から』のリメイク『ダーク・ウォーター』に主演。

俳優以外の活動では、バレンシアガやレブロンの広告塔を務めている。2005年にアムネスティ・インターナショナルUSAの人権教育大使に任命される。ピープル誌などの「世界で最も美しい50人」に選ばれたこともある。
私生活

1991年に『ロケッティア』で共演したビル・キャンベル(ビリー・キャンベル)と婚約したが、1995年に解消。

1997年7月に写真家のデイビッド・ドゥガンとの間に長男（カイ）を未婚の母として出産。

その後ジョシュ・チャールズとの交際を経て、2003年に『ビューティフル・マインド』で共演したポール・ベタニーと結婚。2003年8月5日に次男（ステラン）を出産。「ステラン」という名はベタニーと親交のある俳優のステラン・スカルスガルドに由来する[3]。

2011年5月31日に長女（アグネス・ラーク）を出産。

過去に厳格なベジタリアンであったが長男の妊娠中には肉を食べていたと語っている[4]。

主な出演作品
映画

公開年邦題
原題役名備考　日本語吹き替え　
1984ワンス・アポン・ア・タイム・イン・アメリカ
Once Upon a Time in America少女時代のデボラ岡本麻弥（テレビ朝日版）
折笠愛（VHS版）