Se hizo conocida por interpretar el papel de Bella Swan en la saga Crepúsculo, un papel por el que obtuvo varios premios Teen Choice y People's Choice. Otras de sus películas incluyen Zathura - Una aventura fuera de este mundo, La Habitación del Pánico, Siempre Alice, y Adventureland - Un verano memorable.
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 El Otro Lado del Éxito en el 2014.
Tuvo una relación muy publicitada con el co-protagonista de Crepúsculo Robert Pattinson desde el 2008 hasta el 2013. En el 2016 comenzó a salir con Stella Maxwell. También salió por un corto período con Alicia Cargile, St. Vincent y el cantante de pop francés Soko.
En el 2012 co-protagonizó la película Blancanieves y el cazador junto a Charlize Theron.
