Rosanna Arquette vit dans une communauté hippie jusqu'à ses quinze ans, âge auquel elle acquiert son indépendance en rejoignant seule la Californie. C'est là qu'elle suit ses premiers cours de théâtre.
Sa carrière commence deux ans plus tard par le biais du petit écran, dans divers téléfilms et séries qui la font peu à peu connaître du grand public, puis par deux courtes apparitions assez remarquées dans American Graffiti, la suite (1979) et S.O.B. (1981) de Blake Edwards.
Le réalisateur Martin Scorsese la qualifie de meilleure comédienne de sa génération après lui avoir confié le rôle principal de After Hours en 1985. Il retrouve d'ailleurs l'actrice quatre ans plus tard, en la confrontant à Nick Nolte dans Apprentissages (1989). Son nom sur toutes les lèvres, et désormais icône aux États-Unis, Rosanna Arquette suit cependant son instinct et s'exile huit mois en Europe pour tourner Le Grand Bleu (1988). Luc Besson choisit l'actrice qui l'avait fait craquer dans Recherche Susan désespérément et fait d'elle une star internationale.
Paradoxalement, la suite de sa carrière prend un virage inattendu : devenue très exigeante sur le choix de ses rôles, la comédienne privilégie le circuit indépendant et rejette désormais le système hollywoodien. Enchaînant petites productions et téléfilms, elle offre toutefois une composition mémorable de junkie dans Pulp Fiction (1994), ainsi qu'une très sensuelle accidentée de la route dans le film Crash (1996) de David Cronenberg.
Elle passe à la réalisation de son premier long métrage, le documentaire Searching for Debra Winger (2002), sur les actrices et leur vie au sein du système hollywoodien.
Rosanna Arquette a été la compagne de Steve Porcaro, membre du groupe de rockToto. Elle a été aussi la compagne du chanteur Peter Gabriel, qui, dit-on, a écrit sa chanson In Your Eyes pour elle. On l'a vue aussi dans les bras de l'ex-Beatle, Sir Paul McCartney, après son divorce de Heather Mills.
Rosanna Arquette a été mariée quatre fois : à dix-neuf ans avec Anthony Greco, James Newton Howard (en 1986), ensuite John Sidel, le père de sa fille Zoe Blue[3] et Todd Morgan[4],[5].
Le , sa sœur, l'actrice trans Alexis Arquette, décède à l'âge de quarante-sept ans des suites du SIDA[6].
Engagée dans le mouvement #MeToo, elle raconte que, dans les années 1990, Harvey Weinstein l'a fait monter dans sa chambre d'hôtel et lui aurait demandé de lui faire un massage : elle refuse et s'enfuit. Sa carrière s'essouffle par la suite, ce qu'elle met sur le compte de l'influence du producteur à Hollywood, qui l'aurait entravée car elle n'aurait pas cédé à ses avances[7].
Soutien du Parti démocrate, elle est critique à l'égard du président Donald Trump et du Parti républicain en général. Elle n'a que des amis démocrates, déclarant : « Je me vois mal avec des républicains qui, pour la plupart, sont racistes, se fichent de l’égalité hommes-femmes comme de la planète, et qui, en plus, sont au moins pour certains favorables au port d'arme[7]. »
Lors de la pandémie de Covid-19, dans un tweet daté du , elle suggère qu'Israël avait connaissance du virus et travaillait à l'élaboration d'un vaccin depuis déjà un an[8].
