Née en Californie, Vanessa Anne Hudgens se familiarise très tôt à différentes activités artistiques : ses grands-parents étant musiciens, elle se passionne pour cette discipline, et prend aussi très vite goût au théâtre. A l'âge de huit ans, elle monte sur les planches et joue dans Le magicien d'Oz, Evita ou encore Cendrillon. Elle apparaît ensuite au cinéma par le biais de plusieurs petits rôles, notamment dans le drame adolescent Thirteen (2003) et le film familial Les Sentinelles de l'air (2004).

Elle participe également au tournage de la série pour ados La Vie de palace de Zack et Cody, où elle tient un second rôle dans quelques épisodes. C'est à ce moment-là qu'elle parvient à décrocher le rôle très demandé de Gabriella Montez, dans High School Musical. Elle forme avec le jeune Zac Efron le couple star de cette saga qui fait rêver les adolescentes du monde entier et qui compte deux autres épisodes : High School Musical 2 (2007) et High School Musical 3 : nos années lycée (2008).

Comme tous les acteurs, elle participe à la bande originale, sur laquelle elle interprète six titres. Vanessa Hudgens cumule alors sa carrière d'actrice avec celle de chanteuse, puisqu'en décembre 2006 sort son premier album en solo, intitulée "V". Elle vend plus de 500 000 exemplaires en un an aux États-Unis et remporte un Teen choice award au titre de révélation musicale féminine de l'année. En 2007, elle devient égérie de la marque Neutrogena, preuve de sa célébrité croissante.

Si la jeune comédienne continue en 2009 avec un film dans son registre, la comédie musicale College Rock Stars, elle quitte bien vite les bancs du lycée pour rejoindre la bande de hit-girls allumeuses (et allumées) de Sucker Punch (2011) sous la direction de Zack Snyder. La même année, elle interprète une jeune fille amoureuse d'un garçon ensorcelé (Alex Pettyfer) dans le film fantastique Sortilège, mais c'est dans Spring Breakers (2013) qu'elle casse son image de "fille sage".

Elle confirme sa volonté de bousculer son image de gentille fille en jouant une prostituée aidant Nicolas Cage à arrêter un tueur en série dans Suspect, et en intégrant le casting sexy de Machete Kills. Elle tient aussi le rôle principal de Protège moi, celui d'une adolescente qui s'enfuit de chez sa mère toxicomane pour se lancer à la recherche de son père qu'elle n'a jamais vu. Elle se fait ensuite plus rare sur les plateaux de cinéma, se consacrant à la scène (elle campe le rôle-titre de Gigi on Broadway).

En 2015, Vanessa joue dans Freaks of Nature, une comédie horrifique, et trois ans plus tard dans les comédies romantiques Seconde Chance et La Princesse de Chicago (qui donne lieu à deux où elle reprend son personnage de Stacy de Novo / Lady Margaret). Elle revient en 2019 au thriller avec Polar pour Netflix et rejoint la lucrative franchise Bad Boys via Bad Boys for Life et Bad Boys: Ride or Die. On la voit aussi dans les films musicaux Grease Live! et Tick, tick... Boom!.