2003 yılında liseyi bitirdikten kısa bir süre sonra Güney Amerika ülkelerinde bulundu. Sinemaya nispeten geç bir yaşta, 20 yaşında ablasının oynadığı filmlerde figüran olarak başladı.

2009'da "Tanner Hall" filmiyle ilk kez başrolde oynadı. Yine aynı yıl "Dare" ve "The Winning Season" gibi bağımsız filmlerde görev aldı. David Fincher'ın Mark Zuckerberg'ün (Facebook'un kurucusu) hayatını anlatan "Sosyal Ağ" (The Social Network, 2010) filminde de ana karakterlerden olan Erica'yı canlandırdı.

2011 yapımı "Ejderha Dövmeli Kız" (The Girl with the Dragon Tattoo) filminde Lisbeth Salander'i canlandırarak dünya çapında şöhrete ulaştı.

Performansıyla beğenileri üzerine toplayan Mara, Oscar ve Altın Küre adaylıkları elde etti. 2013'te Spike Jonze'nin filmi "Aşk" (Her) filminde Joaquin Phoenix ve Scarlett Johansson ile başrolü paylaştı.