Fille d’un producteur et scénariste de films et de jeux vidéos, Rachel Bilson voit son intérêt pour la comédie apparaître très tôt. C'est à 7 ans qu'elle effectue ses débuts devant les caméras dans The Wrong Guys, réalisé par son père. Elle débute réellement sa carrière d'actrice au lycée en s'illustrant dans des pièces telles que Bye Bye Birdie ou Once Upon a Mattress. En 2003, la jeune femme fait son entrée dans l'univers télévisuel en apparaissant dans That ‘70s Show, puis en interprétant Colleen, une tueuse potentielle dans la série de Joss Whedon, Buffy contre les vampires.

La comédienne se révèle lorsqu'elle intègre le casting de Newport Beach dans le rôle de Summer Roberts, la meilleure amie de Marissa. Au départ, son personnage est secondaire mais il prend rapidement de l'importance en devenant un des piliers de la série. Notamment, elle forme avec Adam Brody, l’un des couples phares du show. Ce statut est confirmé en 2005 lorsque Rachel Bilson décroche le Tean Choice Award de la meilleure actrice pour un drama. En 2007, Newport Beach prend fin après quatre saisons. La comédienne apparaît ensuite dans Chuck, dans le rôle de Lou Palone. Elle fait tourner la tête du héros interprété par Zachary Levi pendant 2 épisodes.

Rachel Bilson joue dans la comédie dramatique The Last Kiss. Elle y partage l'affiche avec Zach Braff. Cependant, ce film ne rencontre pas le succès escompté. Puis en 2008, la Fox fait appel à elle pour donner la réplique à Hayden Christensen dans le blockbuster Jumper. Cette tentative de franchise peine à convaincre les critiques et le public, ce qui contraint le studio à renoncer aux projets de suite. Cette déception la pousse à s’investir dans la comédie avec Waiting For Forever en 2010 et 3 colocs et 1 bébé en 2011. L’actrice intervient alors dans plusieurs épisodes de How I Met Your Mother, sous les traits de Cindy, une ancienne petite amie de Ted, un temps soupçonnée d’être la fameuse "mother".

La chaîne CW lui donne sa chance, durant l’automne 2011, en lui confiant le rôle-titre de sa nouveauté Hart of Dixie. Rachel Bilson y interprète une jeune médecin de New York qui hérite d'un cabinet à Bluebell, une petite ville du Sud à la population haute en couleur. En mars 2015, la série se termine après quatre saisons. Deux ans plus tard, elle participe à la cinquième et dernière saison de Nashville dans la peau d’Alyssa, une jeune experte du marketing musical. En juin 2018, le network ABC lance la comédie Take Two, dans laquelle elle est Sam, une ancienne star de feuilleton policier qui aide un détective privé (Eddie Cibrian) à résoudre des affaires pour le compte de clients intrigués par l’efficacité de ce duo.

Andy Andrian