Elle commence sa carrière à 4 ans en auditionnant pour des publicités. À 6 ans, elle tourne dans son premier film Purple People Eater (1988) et gagne un Young Artist Award pour ce rôle. Elle tourne ensuite dans plusieurs séries télévisées, ainsi que dans plusieurs autres films comme Hocus Pocus (1993). Mais c'est le rôle de Jane Burnham dans le film de Sam MendesAmerican Beauty (1999) qui la révèle au public. Le film est salué par la critique et remporte cinq Oscars dont celui du meilleur film en 2000.
Elle obtient ensuite le rôle d'Enid, une adolescente sarcastique et un peu perdue, dans Ghost World (2001) aux côtés de Scarlett Johansson et Steve Buscemi, puis se fait remarquer la même année dans The Hole, un thriller horrifique qui remporte un petit succès critique et commercial. Dès lors, l'actrice apparaît surtout dans des films de genre comme Deadline, Train et Vision des ténèbres (Dark Corners). Depuis, sa carrière semble à l'arrêt[2],[3].
En 2016, elle participe en tant que personnage récurrent à la série Colony, où elle interprète le rôle de Morgan, une informaticienne en lutte contre l'occupant.
Elle a un frère, l'acteur et assistant réalisateur Bolt Birch.