Nata a Los Angeles, figlia della cantante Lisa Marie Presley e del musicista Danny Keough e nipote di Elvis e Priscilla Presley. Ha un fratello, Benjamin Keough, e due sorellastre, le gemelle Finley Aaron Love Lockwood e Harper Vivienne Ann Lockwood, nate dal quarto matrimonio della madre con il chitarrista Michael Lockwood.
Inizia la sua carriera come modella giovanissima, all'età di dodici anni partecipa ad una campagna pubblicitaria di Tommy Hilfiger, a quattordici anni debutta sulle passerella, sfilando per la collezione autunno/inverno di Dolce & Gabbana. Nello stesso anno appare sulla copertina di Vogue, al fianco della madre e di sua nonna Priscilla, fotografate da Annie Leibovitz. Nel 2005 lavora per Christian Dior, sfilando per la collezione primavera/estate e diventando testimonial del profumo Miss Dior Chérie.
Debutta come attrice nel 2010 nel film "The Runaways" di Floria Sigismondi, film biografico sull'omonimo gruppo rock degli anni settanta, dove la Keough interpreta Marie Currie, sorella di Cherie Currie. Nel 2011 recita al fianco di Orlando Bloom nel thriller "The Good Doctor".
E' nel cast di "Mad Max: Fury Road" di George Miller, con Tom Hardy e Charlize Theron. Durante le riprese, conosce lo stuntman Ben Smith-Petersen e dopo 6 mesi di fidanzamento ufficiale, i due si sposano il 4 febbraio 2015 a Napa in California.
Nel 2013 partecipa come protagonista al video del brano TKO di Justin Timberlake.
Nel 2014 è protagonista in Miu Miu Women's Tales No.7, campagna pubblicitaria di Miu Miu.