Modella e attrice, si è affermata rapidamente come uno dei volti più chiacchierati nel mondo della moda e del cinema. Ha interpretato il suo primo ruolo importante in Gone Girl, l'adattamento del best-seller di Gillian Flynn diretto da David Fincher. È comparsa come se stessa nel film Entourage, versione cinematografica di Doug Ellin dell'omonima serie televisiva firmata HBO.
È stata il volto della campagna di moda per la primavera 2014 di Revolve e della lingerie Yamamay.
Ratajkowski si è affermata anche come una delle ragazze copertina preferite dall'elite della moda. È apparsa sulla copertina di GQ, fotografata da Michael Thompson; Cosmopolitan, fotografata da Eric Ray Davidson; CR Fashion Book di Carine Roitfeld, fotografata da Bruce Weber. Lavora spesso con altri grandi fotografi, tra cui Ellen von Unwerth, David Sims, Mario Testino, Mert & Marcus.
Ratajkowski ha raggiunto la fama internazionale nell'estate del 2013, come protagonista del video musicale di Pharrell Williams "Blurred Lines", che ha ottenuto quasi 174 milioni di visualizzazioni su YouTube.
Da quando ha firmato con la Ford Models all'età di 14 anni, Ratajkowski ha lavorato ininterrottamente per clienti come Forever 21 e Nordstrom, e varie case di nuoto e lingerie. È apparsa in decine di riviste nazionali e internazionali.
È nata a Londra e cresciuta a Encinitas, in California. I suoi genitori sono entrambi artisti; suo padre pittore e sua madre professoressa e scrittrice inglese. Le loro carriere hanno portato Ratajkowski a vivere e viaggiare in tutta Europa fin dalla giovane età, trascorrendo molto del suo tempo in Irlanda e in Spagna.