È la più grande dei tre figli di David e Judy Morrison, sorella maggiore di Julie e Daniel. Dapprima ha studiato alla Prospect High School dove suonava il clarinetto, cantava nel coro ed era nel gruppo delle cheerleader.
Ha raggiunto la notorietà grazie alla serie televisiva Dr. House - Medical Division, dove interpreta il ruolo della dottoressa Allison Cameron. Nel 2005 ha recitato nel film Mr. & Mrs. Smith, con Angelina Jolie e Brad Pitt. Ha anche fatto parte del cast di How I Met Your Mother durante la sesta stagione nel ruolo di Zoey Pierson. Nel 2011 ha preso parte al film Warrior interpretando Tess Conlon, la moglie del lottatore Brendan Conlon, interpretato da Joel Edgerton. Dal 2011 al 2018 ha interpretato Emma Swan, la protagonista della serie televisiva C'era una volta (Once Upon a Time).
Nel 2015 dirige un cortometraggio che vede protagonisti, oltre a se stessa, anche Geoff Stults, Rose McIver e la ballerina Shelby Arnold, su musiche della band "Wild Wild Horses": "Secrets", "Demon Days (Do It All Again)", "Gioventù" e "Ordinary Life". Nel 2017 dirige il film Sundogs.
Vita privata
Nel 2004 si è fidanzata con il collega Jesse Spencer conosciuto sul set di Dr. House - Medical Division. La coppia aveva programmato di sposarsi nel tardo 2007, ma il 15 agosto 2007 è stata annunciata pubblicamente la rottura del fidanzamento. Successivamente ha avuto una relazione con Amaury Nolasco. Ha poi frequentato il collega Sebastian Stan conosciuto sul set di C'era una volta per un breve periodo nel 2012.
Nel 2019 ha iniziato una relazione con l'attore Gerardo Celasco, i due si sono sposati il 27 dicembre 2021.
