Petite-fille du comédien John Barrymore et filleule de Steven Spielberg, Drew Barrymore a sa voie toute tracée. Elle a moins d'un an quand elle apparaît dans un spot publicitaire. A deux ans, elle participe à son premier téléfilm, Suddenly Love, et fait ses débuts sur grand écran à quatre ans avec Au-delà du réel (1980) de Ken Russell. Cet itinéraire précoce trouve son aboutissement avec E.T. l'extraterrestre (1982), film fantastique où sa prestation de fillette se liant d'amitié avec le gentil alien la fait accéder au statut de star en herbe. Mais cette gloire trop rapide se retourne contre elle : son adolescence plus que mouvementée est marquée par la drogue et l'alcoolisme. Elle ne décroche plus que des petits rôles dans des séries télévisées ou des films de série B comme Fleur de poison (1992) et Le Démon des armes. Batman forever (1995) et Tout le monde dit I love you (1996) marquent son retour sur le devant de la scène cinématographique, revival que vient confirmer le succès inattendu du film d'horreur Scream (1997).

Très vite, la belle trouve sa voie dans des comédies gentiment déjantées comme Demain on se marie (1998), où elle a pour partenaire Adam Sandler - qu'elle retrouvera pour Amour & amnésie (2004), College attitude (1999), la saga Charlie's Angels (2000) ou encore 1 duplex pour 3 (2003), où elle cohabite avec Ben Stiller. Dans un registre plus romantique, on la retrouve à l'affiche de Terrain d'entente (2004), du Come-back (2006), aux côtés de Hugh Grant, et de Ce que pensent les hommes en 2009. Parallèlement à ces choix de carrière, elle parvient à surprendre son public en s'illustrant avec justesse dans des films à tonalité plus dramatique comme Ecarts de conduite (2002), dont elle est également productrice, le biopic Confessions d'un homme dangereux (2003) et Lucky You (2007), où elle fait face à Eric Bana. Drew Barrymore est également passée experte dans l'art du doublage, puisqu'elle a prêté sa voix à quatre longs métrages : Olive, renne d'un jour (1999), Titan A.E. (2000), Georges le petit curieux (2006) et Le Chihuahua de Beverly Hills (2009).

L'année 2009 marque un tournant dans la carrière de Drew Barrymore, puisqu'elle passe pour la première fois derrière la caméra pour diriger Ellen Page dans Bliss, comédie sur les rollers derby dont elle est aussi la productrice exécutive et l'une des interprètes. De plus en plus rare sur les écrans, la comédienne enchaîne avec quelques productions relativement méconnues en France, à l'image de la comédie romantique Trop loin pour toi, le film familial Miracle en Alaska et la comédie Famille recomposée. En 2015, Drew Barrymore est à l'affiche du nouveau film de la réalisatrice du premier Twilight, Miss You Already, où sa meilleure amie (Toni Collette) est atteinte d'un cancer du sein.