Evan Rachel Wood est née en 1987 de Ira David Wood III, un acteur, chanteur, directeur de théâtre et un dramaturge et de Sara Lynn Moore, une actrice. Son frère Ira David IV est aussi un acteur et sa tante Carol Winstead Wood est une styliste pour des grosses productions.
Evan Rachel et son frère étaient très impliqués dans le théâtre de leur père, Theatre In The Park (littéralement Théâtre dans le parc); elle a joué dans la pièce A Christmas Carol alors qu'elle n'était âgée d'à peine quelques mois, puis dans la pièce The Miracle Worker dans le rôle d'Helen Keller.
Elle auditionne pour le rôle de la petite fille dans
Entretien avec un vampire que l'actrice
Kirsten Dunst décroche alors. À partir de 1994, elle joue dans des téléfilms et apparaît occasionnellement dans la série American Gothic. En 1997, ses parents se séparent, Evan Rachel part avec sa mère à Los Angeles. Elle auditionne pour le rôle de Jessie Sammler dans la série télévisée Deuxième chance (Once & Again) et l'obtient. En 1998, à l'âge de 11 ans, elle obtient son premier vrai rôle au cinéma au côté de
Kevin Bacon et
Mary Stuart Masterson dans le film Digging to China. Elle se rappelle ce rôle comme étant "dur" mais qu'il lui a donné l'envie de continuer et de "ne jamais arrêter". Elle quitte alors l'école et reçoit des cours à la maison, à cause des brimades et de ses difficultés avec les professeurs. Elle apparaît ensuite dans des films destinés aux adolescents comme Little Secrets. Elle était déterminée à obtenir les rôles principaux des films Raise Your Voice et Mean Girls mais n'a pas pu à cause du changement de planning des tournages. En 2003, elle obtient finalement le rôle qui va la faire percer : celui de Tracy Freeland dans le film indépendant et controversé Thirteen. Elle fait alors la couverture de
Vanity Fair avec les autres actrices "en vogue" d'Hollywood. Elle est nominée aux Golden Globe Awards dans la catégorie Meilleure actrice dramatique, prix qui fut finalement remporté par
Charlize Theron pour son rôle dans
Monster.
Les deux rôles importants qu'elle décroche ensuite sont ceux de l'adolescente nymphomane Kimberly Joyce dans Pretty Persuasion et de Tobe, jeune fille qui tombe amoureuse d'un cowboy plus âgé qu'elle (joué par l'acteur
Edward Norton), dans Down in the valley. Elle pense qu'en choisissant des rôles de jeunes filles sexuellement avancées, elle peut faire prendre conscience que les déviances à l'âge de l'adolescence dégénèrent facilement.
En 2005, elle apparaît dans les clips At The Bottom of Everything de Bright Eyes et Wake Me Up When September Ends de Green Day. En septembre 2006, elle reçoit le Spotlight Award for Emerging Talent du magazine Premiere. Elle est la fille de
Michael Douglas dans King of California, et la vedette féminine d'Across the Universe, une comédie musicale de
Julie Taymor rythmée par les titres des Beatles.
En 2007, elle entretient une relation avec le chanteur Marilyn Manson. Elle apparaît dans son clip Heart-Shaped Glasses.
La rumeur disant qu'elle aurait été retenue pour jouer dans le film sur Veronica Mars est fondée sur la surinterprétation d'un dialogue de la série.
Julie Taymor, la réalisatrice d'Across the Universe, souhaite qu'Evan Rachel Wood et
Jim Sturgess (le partenaire d'Evan dans Across the Universe) tiennent les rôles principaux dans sa prochaine comédie musicale fondée sur Spiderman; elle y interprèterait Mary Jane Watson et Jim Sturgess enfilerait le déguisement de l'homme araignée. En effet, la réalisatrice trouve qu'il existe une réelle alchimie entre les deux acteurs.
En 2009, elle joue la reine de Louisiane Sophie Anne Leclerq dans les 2 derniers épisodes de la saison 2 de True Blood, la série évènement de HBO.
En 2010, elle reprend le rôle de Sophie Anne dans la saison 3