Figlia d'arte, suo padre è infatti l'attore Ira David Wood III e sua madre l'attrice Sara Lynn Moore. Ha anche due fratelli più grandi (uno musicista e l'altro attore). Già da bambina recita in teatro. A sette anni affronta un provino per il ruolo di Claudia, la bambina vampira di Intervista con il vampiro (il ruolo viene però assegnato a Kirsten Dunst). Sempre all'età di sette anni si trasferisce a Los Angeles in cerca di fortuna. Qui riesce ad ottenere parti in alcuni film per la televisione. In seguito inizia a recitare in diverse serie tv.
Successivamente riesce ad ottenere diverse parti in film per il grande schermo come Amori & incantesimi e S1m0ne. Partecipa ad alcuni episodi del serie tv Profiler, il successo arriva grazie al film Thirteen, in seguito viene scelta da Ron Howard per The Missing.
Negli anni seguenti prende parte ai film Litigi d'amore, Down in the Valley e Correndo con le forbici in mano e inoltre presta la sua voce al film d'animazione The Reef - Amici per le pinne.
Ha partecipato inoltre al videoclip del brano Wake Me Up When September Ends dei Green Day, con l'attore Jamie Bell, con il quale successivamente si fidanza. Al momento è fidanzata con Marilyn Manson.
Nel 2007 è protagonista del film musicale di Julie Taymor Across the Universe e recita al fianco di Michael Douglas in Alla scoperta di Charlie.