Il n'est pas vraiment étonnant que la jeune Abigail Breslin se soit dirigée vers la comédie puisqu'elle fait partie d'une famille d'acteurs. Son frère aîné, Spencer Breslin, a d'ailleurs joué à ses cotés dans Fashion Maman, en 2003. Après avoir participé à de nombreuses publicités télévisées, elle a la chance de donner la réplique à Mel Gibson, dans Signes, de M. Night Shyamalan. Elle n'a alors que cinq ans.

Dès lors, le cinéma va la courtiser, tant pour son talent comique que tragique. Son rôle le plus connu reste à ce jour celui d'Olive, une petite fille qui rêve de participer à un concours de beauté, dans la comédie indie Little Miss Sunshine. Le succès est au rendez-vous, en grande partie grâce à sa prestation. Pour ce rôle, elle obtient une nomination aux oscars, ce qui fait d'elle la quatrième plus jeune actrice nommée de l'histoire de la cérémonie.

Elle goûte ensuite au drame indépendant dans Keane, sous la direction du très secret Lodge Kerrigan. Mais également à la comédie romantique, dans Le Goût de la vie, aux cotés de Catherine Zeta-Jones. En 2008, elle est à l'affiche du blockbuster d'aventures L'Ile de Nim, où elle fait la rencontre de Jodie Foster, qui fut elle aussi une enfant-star (cf. Taxi Driver). La même année, dans Un jour, peut-être, elle joue le rôle de Maya, une petite fille qui veut tout savoir sur l'histoire d'amour de ses parents.

Abigail Breslin ne cesse de prendre de l'importance au regard des réalisateurs. En 2009, elle obtient l'un des premiers rôles dans Ma vie pour la tienne, de Nick Cassavetes. Elle y incarne une jeune fille de onze ans attaquant en justice ses propres parents pour obtenir son émancipation. Le rôle souligne la précocité de l'actrice. Toujours en 2009, elle joue dans la comédie-épouvante Bienvenue à Zombieland en compagnie d'un autre jeune comédien surdoué, Jesse Eisenberg.

En 2011, elle effectue pour la première fois une incursion dans un film d'animation, aux côtés de Johnny Depp : dans Rango, de Gore Verbinski, elle fait la voix de Priscilla, une enfant obsédée par la mort et la noirceur de l'être humain. Elle revient ensuite à la comédie romantique dans le film choral Happy New Year, de Garry Marshall. La jeune actrice y est entourée d'un casting pour le moins prestigieux (Robert De Niro, Michelle Pfeiffer, Hilary Swank, etc.).

Kidnappée par un tueur en série dans The Call, la jeune fille rejoint la même année la distribution cinq étoiles d’Un été à Osage County, adaptation de la pièce de théâtre homonyme. En pleine science-fiction dans La stratégie Ender, la comédienne retrouve les univers post-apocalyptiques dans Maggie en 2015. Par la suite, elle vient compléter les rangs de la sororité dirigée par Emma Roberts dans Scream Queens, la série comico-horrifique de Ryan Murphy, diffusée sur la Fox.