Née en 1983, Ariel Geltman Graynor, de son vrai nom, est la fille de Joani Geltman, spécialiste de la parentalité et de Greg Graynor, entrepreneur à Boston. Fille unique, elle étudie dans une école privée du Massachusetts avant d’intégrer le célèbre Trinity College de Harford, dans le Connecticut.

À seulement dix-huit ans, elle est repérée par les producteurs de la série Les Sopranos et y tient le rôle d’une étudiante maniaco-dépressive durant quatre épisodes.

Si elle fait une petite apparition dans New York Unité Spéciale un an plus tard, il faut attendre 2003 pour que Clint Eastwood l’intègre au casting de Mystic River, lui ouvrant ainsi la voie à Hollywood. Elle enchaîne ensuite les films de genres différents, comme la comédie dramatique Book of Love avec Simon Baker ou le drame Imaginary Heroes, dans lequel elle partage l’affiche avec Sigourney Weaver. En 2005, Game 6 vient ponctuer cette ascension cinématographique. Elle ne déserte pas non plus la télévision, puisqu’on peut la voir dans des séries à succès comme Veronica Mars ou Les Experts : Miami.

Toutefois, Ari Graynor n’en oublie pas son amour pour le théâtre et elle accepte un rôle à Broadway dans Brooklyn Boy et aime tant l’expérience, que les projets théâtraux se succèdent pendant un an. En 2009, Ari Graynor retrouve son acolyte de cinéma Michael Cera dans Be Bad ! après avoir partagé l’écran avec lui dans Une Nuit à New York et Bliss, le premier long-métrage de Drew Barrymore. Une année décidément foisonnante de projets pour elle, puisqu’elle rejoint le casting de la série Fringe, créée par J.J Abrams, pour quinze épisodes.

Malheureusement, les années suivantes sont moins teintées de succès pour l’actrice, qui enchaîne les rôles dans des flops au box-office ou les petites apparitions (Jewish Connection, Baby-Sitter malgré lui ou Lucky) . Il faut attendre 2012 pour qu’elle renoue avec le devant de la scène, grâce à la comédie American Sexy Phone, où elle tient non seulement le premier rôle, mais officie également comme productrice. Si l’accueil est mitigé, elle reçoit un bon accueil critique qui lui permet de reprendre le rôle de Cameron Diaz dans l’adaptation télévisuelle de Bad Teacher, sur CBS, en 2013.

Après cela, la comédienne est choisie pour des rôles de grande envergure comme dans I’m Dying Up Here avec Jim Carrey ou Miss America (2020). Au cinéma, on peut également la voir dans The Disaster Artist de James Franco. En 2024, Ari Graynor fait une première incursion réussie sur Netflix avec la série Monstres : L’histoire de Lyle et Erik Menendez, créée par Ryan Murphy et dans lequel elle joue l’avocate des meurtriers.