Native de l'État de New York, elle est la fille de Timothy Christopher Mara, vice-président des Giants de New York, et de Kathleen McNulty (née Rooney). Elle a trois frères et sœurs : Daniel, Conor et Rooney.
Elle est également l'arrière-petite-fille d'Arthur Rooney, fondateur des Steelers de Pittsburgh et de Tim Mara, fondateur des Giants de New York. Son grand-père paternel Wellington Mara a longtemps été copropriétaire des Giants, puis remplacé par son oncle John Mara.
Elle débute sa carrière d'actrice à 14 ans notamment dans le long-métrage L'Ombre d'un soupçon (1999). Mais c'est à partir des années 2000 qu'elle commence à se faire remarquer avec deux séries télévisées où elle tient un rôle récurrent : Everwood, où elle incarne une jeune femme de 18 ans enceinte de son professeur de piano et Nip/Tuck, où elle prête ses traits à une cheerleader bisexuelle associée dans un triangle amoureux.
Elle a également participé à d'autres séries télévisées telles que 24 heures chrono, où elle devient l'analyste Shari Rothenberg, Boston Public, Jack et Bobby et plus récemment Entourage.
Au cinéma, c'est avec le rôle de la fille d'Heath Ledger dans Le Secret de Brokeback Mountain (2005) qu'elle attire l'attention.
Elle enchaîne les rôles au cinéma : serveuse et petite amie d'une des victimes d'un crash aérien dans We Are Marshall (2006), veuve d'un soldat aidant un tireur d'élite ami de son défunt mari et recherché par la police dans Shooter, tireur d'élite (2007), fugueuse dans Transsiberian (2008), plus récemment aspirante chanteuse dans Happythankyoumoreplease et randonneuse dans 127 heures (2010).
En 2011, elle tient un rôle récurrent dans la saison 1 de la série télévisée American Horror Story et en 2013, elle campe la journaliste Zoe Barnes dans House of Cards.
Sa sœur Rooney Mara est également actrice.
