Se hizo conocida por interpretar el papel de Bella Swan en la saga de Twilight, un papel por el que obtuvo varios premios Teen Choice y People's Choice. Otras de sus películas incluyen Zathura, Panic Room, Still Alice, y Adventureland.
Debutó en el canal Disney Channel en la película The Thirteenth Year a los ocho años.
Ganó un premio César como Mejor Actriz de Reparto por su papel en la película Clouds of Sils Maria en el 2014.
Tuvo una relación muy publicitada con el co-protagonista de Twilight Robert Pattinson desde el 2008 hasta el 2013. En el 2019 comenzó a salir con Dylan Meyer. Anteriormente salió con Stella Maxwell, Alicia Cargile, St. Vincent y el cantante de pop francés Soko.
En el 2012 co-protagonizó la película de Snow White and the Huntsman junto a Charlize Theron.
