Née en 1983 à Colombus dans l'Ohio, Maggie Grace déménage à 16 ans avec sa mère à Los Angeles et abandonne ses études pour entamer une carrière d'actrice. Elle décroche son premier rôle en 2001 dans la web-série Rachel's Room avant d'incarner la jeune Martha Moxley, assassinée à 15 ans la nuit d'Halloween 1975, dans le téléfilm Meurtre à Greenwich (2002), rôle pour lequel elle est nominée aux Young Artists Awards.

La jeune actrice enchaîne ensuite de petits rôles dans les séries The Lyon's Den, Les Experts : Miami, Miracles et La Famille en folie. En 2004, elle décroche un rôle récurrent dans la série Oliver Beene, où elle campe une étudiante suédoise en échange, et fait des apparitions dans Cold Case et New York Unité Spéciale. Mais le grand public la découvre grâce au rôle de Shannon Rutherford dans la série au succès planétaire Lost, les disparus. En parallèle, elle se voit offrir quelques petits rôles au cinéma. Elle est ainsi à l'affiche de films d'horreur comme Creature Unknown (2004), puis leparticiep au remake du film de John Carpenter, The Fog (2005), où elle donne la réplique à Selma Blair et à Tom Welling (Smallville).

Quittant la série qui lui a permis d'accéder à une certaine notoriété en 2005, elle souhaite se consacrer entièrement au cinéma. Elle privilégie alors des productions indépendantes comme Une fille à la page, où elle a pour partenaires Sarah Michelle Gellar et Alec Baldwin, ou encore The Jane Austen Book Club avec Maria Bello, Emily Blunt et Hugh Dancy, où elle incarne une jeune femme lesbienne enrôlée par sa mère dans un club de lecture consacré à la célèbre écrivaine.

Elle ne néglige pas pour autant des productions de plus grande envergure et décroche le rôle de la fille de Liam Neeson, kidnappée à Paris dans Taken (2008), qui rencontre un immense succès au box-office. On la retrouve en Alice moderne dans Malice In Wonderland, puis en jeune femme nostalgique dans Flying Lessons (2010), avant de la voir apparaître aux côtés de Cameron Diaz et de Tom Cruise dans Night and Day, entre action et comédie. La même année, elle tourne avec Adrien Brody le thriller The Experiment et avec Dwayne Johnson le film d'action Faster.

En 2011, la comédienne intègre la saga à succès Twilight et signe pour les deux derniers chapitres. Elle continue également sur sa lancée dans les films d'action en partageant l'affiche de Lock Out avec Guy Pearce et en reprenant le rôle de Kim pour Taken 2 et Taken 3.