Als quinze anys la seva família es traslladà a Hollywood amb el propòsit de facilitar-li la carrera d’actriu. D’adolescent actuà en sèries de televisió. La seva actuació a Superbad (2007), de Greg Mottola, la situà entre les actrius més cotitzades en el gènere de comèdies d’adolescents. El seu primer paper protagonista fou a Easy A (2010), de Will Gluck, també d’ambient estudiantil, bé que des d’un angle més irònic. De les seves actuacions posteriors sobresurten The Help (2011), de Tate Taylor; Movie 43 (2013), d’Elizabeth Banks i Steven Brill; Magic in the Moonlight (2014) i Irrational Man (2015), de Woody Allen; Birdman or (The Unexpected Virtue of Ignorance) (2014), d’Alejandro G. Iñárruti; Aloha (2015), de Cameron Crowe, i el musical La La Land (2016), de Damien Chazelle, pel qual obtingué l’Oscar a l’actriu protagonista.
Posteriorment ha protagonitzat The Favourite (2018), d’Iorgos Lànthimos; Cruella (2021), de Craig Gillespie, i Poor Things (2023), també d’Iorgos Lànthimos, per la qual fou guardonada amb el Globus d’Or 2023 a la millor actriu musical o còmica i amb el premi Oscar a la millor actriu principal (2024), el segon de la seva carrera.