Attrice canadese classe 1987, fa il suo esordio nel cinema nel 2012 con Smashed di James Ponsoldt. Diventa così uno dei volti più riconoscibili del cinema indipendente americano, attirando l'attenzione anche di Michael Dowse per il quale recita in What If (2013) accanto a Daniel Radcliffe, ruolo che le valse la candidatura all'Academy of Canadian Cinema and Television Award come miglior attrice non protagonista. La vediamo poi in ruoli minori in Passione Innocente di Drake Doremus (2013) e in Quel momento imbarazzante (2014) di Tom Gormican. Il suo impegno nella commedia si interrompe per lavorare con Ridley Scott in Sopravvissuto - The Martian (2015) e Blade Runner 2049 di Denis Villeneuve (2017) in cui interpreta il ruolo del replicante Mariette. Nel 2018 sarà protagonista insieme a Charlize Theron di Tully, nuovo film di Jason Reitman su sceneggiatura di Diablo Cody.
Per la televisione è stata protagonista delle prime due stagioni di Halt and Catch Fire, serie ambientata negli anni '80 e focalizzata sulla rivoluzione del Personal Computer, ma diventa celebre sul piccolo schermo solo nel 2016 per il suo ruolo nell'emblematico San Junipero, quarto episodio della terza stagione di Black Mirror.
Dopo Terminator - Destino oscuro, è protagonista del film horror The Turning - La casa del male.