E' una delle giovani attrici di maggior talento in questo momento. Ha ottenuto grandi consensi per la notevole interpretazione di Stephanie, la figlia di Mickey Rourke in The Wrestler di Darren Aronofsky. Fin dall'età di cinque anni recita a livello professionale, ma è esplosa nel 2003 grazie alla pellicola indipendente di Catherine Hardwicke Thirteen - Tredici anni (Thirteen), che le ha fatto conquistare delle nomination ai Golden Globe e ai SAG Award.
Nata a Raleigh, North Carolina, è la figlia di Sara Lynn Moore, attrice, regista e insegnante di recitazione, e di Ira David Wood III, attore, cantante, regista teatrale e drammaturgo. Mentre cresceva, era impegnata in un teatro regionale chiamato Theatre in the Park e diretto dal padre. Di recente, è tornata a interpretare Giulietta in Romeo e Giulietta (Romeo and Juliet), diretta dal fratello Ira David Wood IV. Ha iniziato la sua carriera professionale nel 1994, recitando in alcuni film per la televisione, tra cui In the Best of Families: Marriage, Pride & Madness, Search for Grace, A Father for Charlie e Death in Small Doses. Inoltre, aveva un ruolo ricorrente in American Gothic.
Recentemente, è apparsa in The Conspirator di Robert Redford e nella miniserie della HBO Mildred Pierce assieme a Kate Winslet. Altri impegni negli ultimi tempi sono stati il ruolo di Melodie in Basta che funzioni (Whatever Works) di Woody Allen e della regina Sophie-Ann Leclerq nell'acclamata serie della HBO True Blood.
Nel 1996, si è trasferita con la madre a Los Angeles. Dopo una stagione della serie drammatica Profiler - intuizioni mortali (Profiler), è stata scelta come membro regolare del premiato telefilm Once and Again, in cui è rimasta per quattro stagioni. Il suo primo impegno importante al cinema è stato Un autunno tra le nuvole (Digging to China) con Kevin Bacon, seguito da Amori e incantesimi (Practical Magic), assieme a Sandra Bullock e Nicole Kidman. Nel 2002, è stata protagonista in Little secrets - Sogni e segreti (Little Secrets), mentre aveva un ruolo di supporto nella pellicola di fantascienza S1m0ne, che vedeva coinvolto Al Pacino. L'anno seguente, oltre al ruolo in Thirteen - Tredici anni (Thirteen), ha incarnato la figlia rapita di Cate Blanchett e Tommy Lee Jones in Missing di Ron Howard. In seguito, ha partecipato a Litigi d'amore (The Upside of Anger), Pretty Persuasion (vincitore del gran premio della giuria al Sundance), Down in the Valley, Correndo con le forbici in mano (Running with Scissors) e Alla scoperta di Charlie (King of California). Nel 2007, ha mostrato le sue doti canore grazie alla parte di Lucy in Across the Universe di Julie Taymor. In seguito, ha prestato la voce a un alieno in Battaglia per la terra (Battle for Terra) e ha recitato con Uma Thurman in Davanti agli occhi (The Life Before Her Eyes), prima di incarnare Stephanie in The Wrestler.