Née en Afrique du sud le 7 août 1975, elle étudie la danse classique pendant une douzaine d'années, puis gagne l'Europe. Après avoir travaillé comme mannequin en Europe à Milan et Paris, elle part aux Etats-Unis et se fixe en 1993 à Los Angeles.
Elle débute à l'écran dans un nanar intitulé Les enfants du maïs 3. Après quelques apparitions, notamment chez Spike Lee (That thing you do !) elle perce auprès de Keanu Reeves et Al Pacino dans L'associé du diable. Malgré un Mon ami Joe sous la bannière de Disney, qui la rend très demandée, elle est un temps cataloguée comme une jolie plante spécialiste des rôles effeuillés avec Piège fatal de John Frankenheimer avec Ben Affleck ou L'oeuvre de Dieu la part du Diable avec Tobey Maguire. Mais elle se révèle impressionnante dans The yards de James Gray et se tourne vers des rôles plus variés comme dans Le sortilège du scorpion de Jade de Woody Allen.
Il faut ajouter à sa filmographie le thriller Braquage à l'italienne avant Monster en 2004, qui la voit récompensée de l'Oscar de la meilleure actrice pour son rôle (et sa transformation physique) de tueuse en série lesbienne dans Monster de Patty Jenkins.
Après la déconfiture du science-fictionnesque Aeon Flux, elle retrouve deux rôles dramatiques dans L'affaire Josey Aymes en 2005 et dans La vallée d'Elah en 2007.
En 2009, elle revient dans le film Loin de la terre brulée de Guillermo Arriaga. La même année, on la retrouve dans le thriller d'anticipation La route de John Hillcoat.
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