È una deliziosa attrice di dieci anni, che ha esordito nel cinema con il ruolo della piccolo Lucy in Mi chiamo Sam di New Line Cinema. Poi ha interpretato al fianco di Eddie Murphy la commedia L'asilo dei papà per Revolution Studios, che le ha portato la sua prima candidatura agli Young Artists Award.

Nel 2004, ha interpretato con Jeff Bridges e Kim Basinger The Door in the Floor di Focus Films, per la regia di Tod William, seguito da Il mio amico a quattro zampe, con Cicely Tyson e Dave Matthews. Nel 2006, ha ricevuto una seconda candidatura agli Young Artists Award per le sue performances nel film candidato all'Oscar Babel, con Brad Pitt e Cate Blanchett, e per la miniserie di SCI-FI Channel The Lost Room, con Peter Krause. Quello stesso anno, Fanning ha girato Reservation Road, nel ruolo della figlia di Joaquin Phoenix e Jennifer Connelly.
L'anno scorso, Fanning ha interpretato Phoebe in Wonderland, con Felicity Huffman e Patricia Clarkson, che è stato presentato al Sundance Film Festival 2008. Recentemente ha completato le riprese di The Nutcracker: The Untold Story, con John Turturro e Nathan Lane.
Fanning ha lavorato molto anche per la televisione, la ricordiamo in CSI: Miami e CSI: New York, House, Criminal Minds, Judging Amy e Dirty Sexy Money. Ha girato inoltre spot pubblicitari per Toyota, Smuckers e Target ed è apparsa nel numero del 30° anniversario di Vogue Bambini.
Fanning ama recitare e danzare e vive a Los Angeles con i genitori, Joy e Steve Fanning, e la sorella, l'attrice Dakota Fanning