Ha ottenuto la nomination all'Academy Award come Miglior attrice per il suo ruolo nel film di Alejandro Gonzales Inarritu "21 Grammi - Il peso dell'anima." La sua performance in questo film, nel quale ha recitato insieme a Sean Penn e Benicio Del Toro, le ha fatto vincere i premi di Miglior attrice dalla Los Angeles Film Critics Association, Southeastern Film Critics Association, Washington Area Film Critics e San
Diego Film Critics, nonché le nomination come Miglior attrice per i SAG Award, BAFTA,
Broadcast Film Critics e Golden Satellites. All'anteprima del film, in occasione del Festival Internazionale del Film di Venezia del 2003, l'attrice ha ricevuto il Leone del Pubblico come Miglior attrice. Il film stesso ha vinto il Premio Speciale agli Independent Spirit Awards.
Recentemente, la Watts è stata ammirata nel film di Jim Sheridan, "Dream House", con Daniel Craig e Rachel Weisz; nel film di Doug Liman "Fair Game - Caccia alla spia," nel quale ha recitato insieme a Sean Penn e nel film di Woody Allen "Incontrerai l'uomo dei tuoi sogni" nel quale ha fatto parte di un cast di grandi attori tra cui Josh Brolin, Anthony Hopkins, Freida Pinto e Antonio Banderas. Inoltre, ha recitato anche nel film di Rodrigo Garcia "Mother and Child," per il quale è stata candidata all'Independent Spirit Award come Migliore attrice non protagonista e nel film di Tom Twyker "The International," con Clive Owen.
E' stata protagonista nel film di Juan Antonio Bayona "The Impossible" nel quale recita insieme a Ewan McGregor ed in "Movie 43," insieme a Liev Schreiber in uno dei corti commedia del film. Dal suo debutto nell'acclamato film drammatico di David Lynch "Mulholland Drive," per il quale ha vinto i premi di Miglior attrice da parte di diverse organizzazioni della critica tra cui la National Board of Review e la National Society of Film Critics, la Watts ha collezionato un incredibile elenco di film nei quali ha lavorato. Oltre ad aver recitato nel remake di PeterJackson del famoso "King Kong," tra i suoi lavori troviamo "I giochi dei grandi", che ha interpretato e prodotto; "The Assassination," insieme a Sean Penn e Don Cheadle; il film di David O. Russell "I (Heart) Huckabee's - Le strane coincidenze della vita," con Jude Law e Dustin Hoffman; il film di Marc Forster "Stay - Nel labirinto della mente," insieme a Ewan McGregor e Ryan Gosling; il film di Gore Verbinski "The Ring" ed il seguito "The Ring 2"; il film di Merchant-Ivory "Le Divorce - Americane a Parigi," insieme a Kate Hudson, Glenn Close e Stockard Channing; il film di John Curran "Il velo dipinto," insieme a Edward Norton, tratto dal romanzo di W. Somerset Maugham; il dramma/thriller di David Cronenberg "La promessa dell'assassino," insieme a Viggo Mortensen; ed il thriller di Michael Haneke "Funny Games."
Nata in Inghilterra, la Watts si è trasferita in Australia all'età di 14 anni e ha iniziato a
studiare recitazione. Il suo primo ruolo cinematografico importante è arrivato con il film di John Duigan "Flirting - L'amore quando meno te lo aspetti." Poi ha prodotto e interpretato il cortometraggio "Ellie Parker," che è stato proiettato in concorso al Sundance Film Festival del 2001. Nel 2005, al Sundance, ha debuttato con la versione intera di questo cortometraggio.
Tra i suoi molti premi e riconoscimenti, la Watts ha ricevuto il Montecito Award dal Santa Barbara Film Festival nel 2006 per il suo ruolo in "King Kong"; dal Palm Springs Film Festival ha ricevuto un riconoscimento nel 2003 per "21 Grammi - Il peso dell'anima"; e, nel 2002, è stata eletta Attrice di domani al ShoWest ed ha ricevuto il premio di Attrice emergente all'Hollywood Film Festival, entrambi per "Mulholland Drive." Di recente ha ricevuto il premio alla carriera al Deauville Film Festival del 2011.