Remarquée dès l'âge de treize ans lors d'une représentation de l'American Conservatory Theatre à San Francisco, Winona Ryder effectue ses débuts sur grand écran deux ans plus tard dans le drame Lucas (1986) aux cotés de Charlie Sheen. Ce sont cependant ses prestations sous la direction de Tim Burton, dans Beetlejuice (1988) et Edward aux mains d'argent (1990), qui placent la jeune actrice au premier rang des comédiennes hollywoodiennes.

Nommée au Golden Globe du Meilleur second rôle féminin pour Les Deux sirènes (1990), Winona Ryder tente cependant de s'affranchir de son image de faire-valoir féminin. Elle choisit ainsi des projets plus risqués tels que Night on Earth (1991) de Jim Jarmusch, Dracula (1993) de Francis Ford Coppola ou encore La Maison aux esprits (id.) de Bille August.

Nommée successivement à l'Oscar du Meilleur second rôle féminin pour Le Temps de l'innocence (1993) de Martin Scorsese puis à celui de la Meilleure actrice pour Les Quatre filles du docteur March (1994) de Gillian Armstrong, la comédienne ne cesse d'alterner les grosses productions (Alien, la résurrection) et les réalisations plus indépendantes (Celebrity, Génération 90, Le Patchwork de la vie et La Chasse aux sorcières).

Très présente sur les écrans en 1999 et 2000 avec le trio Une vie volée, Un automne à New York et Les Ames perdues, Winona Ryder joue de son statut de star capricieuse dans le caustique Simone en 2002. Après quelques démêlés avec la justice pour une affaire de vol à l'étalage, elle tente un retour timide devant la caméra en donnant la réplique à Adam Sandler et Asia Argento dans Les Aventures de Mister Deeds (2003) et Le Livre de Jérémie (2004), puis en incarnant la compagne de Keanu Reeves dans A Scanner Darkly.

Après quelques seconds rôles, sa carrière reprend un bel envol puisqu'elle retrouve les plateaux de cinéastes prestigieux. Mère de Monsieur Spock dans le onzième épisode de Star Trek (2009) sous la direction de J.J. Abrams, elle est l'année suivante une ancienne gloire déchue de la danse dans Black Swan de Darren Aronofsky. Frankenweenie (2012) marque ensuite ses retrouvailles avec le réalisateur qui l'a révélée, Tim Burton. Puis, elle campe la compagne toxicomane de James Franco dans Homefront, porté par Jason Statham.

Elle joue ensuite dans Experimenter, Iceman et Destination Wedding. Mais c'est du côté des séries télévisées que Winona s'illustre avec le plus de brio. Tout d'abord Show Me a Hero (2015) créée par David Simon et portée par Oscar Isaac, mais surtout Stranger Things (2016 - 2023), laquelle mélange disparition d’enfant, évènements surnaturels et expériences top secrètes, dans une ambiance à la E.T.. Plus précisément, la comédienne interprète l'un de personnages principaux, celui de Joyce Byers, mère attentionnée de Jonathan et Will.

On la voit parallèlement, en 2020, dans The Plot Against America, mini-série des créateurs de The Wire, qui est une uchronie imaginée à partir de l'histoire vraie du pilote Charles Lindbergh, aux opinions ouvertement antisémites. N'en oubliant pas le cinéma, la comédienne retrouve en 2024 son réalisateur fétiche Tim Burton pour Beetlejuice Beetlejuice, suite du film culte sorti en 1988. Elle y reprend son personnage de Lydia Deetz, aux côtés de Michael Keaton et de la très à la mode Jenna Ortega (qui campe la fille de Winona Ryder).