Maggie Grace wurde als ältestes von drei Kindern geboren. Sie ist in ihrem Geburtsort Worthington, Ohio, aufgewachsen, wo sie die örtliche High School besuchte und ihren Abschluss machte. An der High School spielte sie bereits in Schulaufführungen mit. Im Alter von 16 ging sie mit ihrer Mutter nach Los Angeles, um Schauspielerin zu werden.
2001 spielte sie ihre erste Rolle in der WebserieRachel’s Room. Ihre nächste Rolle hatte sie in der Serie Septuplets (2002), welche aber ohne Fernsehausstrahlung blieb. Bekanntheit erlangte sie 2002 durch den Fernsehfilm Mord in Greenwich, basierend auf der wahren Geschichte der fünfzehnjährigen Martha Moxley. Für ihre Leistung wurde Grace in der Kategorie Beste junge Hauptdarstellerin in einem Fernsehfilm für den Young Artist Award nominiert. In den folgenden Jahren spielte Grace überwiegend Gastrollen in Fernsehserien. Sie war unter anderem in CSI: Miami (2003), Cold Case – Kein Opfer ist je vergessen (2004) und Law & Order: Special Victims Unit (2004) in jeweils einer Folge zu sehen, ehe sie 2004 in Oliver Beene eine wiederkehrende Rolle übernahm.
Ihren Durchbruch schaffte Grace durch die Rolle der Shannon Rutherford in der Serie Lost, die sie von 2004 bis 2005 als Hauptcharakter spielte. 2007 kehrte sie nochmals in die Serie zurück und war 2010 auch in der letzten Folge zu sehen. Grace wurde für ihre Darstellung 2005 für einen Teen Choice Award in der Kategorie Choice TV Breakout Performance – Female nominiert.
Im Februar 2015 wurde bekannt, dass sie sich mit ihrem Freund Matthew Cooke verlobt hat.[4] Ein Jahr später trennte sich das Paar.[5] Im Februar 2017 verlobte sich Grace mit Brent Bushnell,[6] dem Geschäftsführer einer Entertainment-Agentur. Das Paar heiratete am 28. Mai 2017.[7]