Elle a grandi à Mesa en Arizona et à Denver dans le Colorado.
Keri Russell a débuté très tôt dans le monde de la danse. Jeune fille, elle prend des cours de danse et participe à des tournées avec les groupes Drill Team et Mesa Stars Dance.
Plus tard, elle se laisse tenter par le mannequinat, mais le métier ne lui plaît pas.
Elle trouve sa voie au début des années 1990 en se lançant dans le cinéma. Elle fait sa première apparition dans Chérie, j'ai agrandi le bébé. Auparavant, les Américains l'ont aperçu dans l'émission télé All New Mickey Mouse Club.
À la fin des années 1990, Keri est révélée grâce à son rôle de Felicity Porter dans la série télé Felicity, rôle qu'elle joue durant quatre saisons. Elle a partagé pendant plusieurs années la vie de son partenaire de la série,
Scott Speedman.
Keri Russell obtient enfin un rôle important au cinéma en 2006 dans Mission : Impossible 3 aux côtés de Tom Cruise.
En 2007, elle réside à Manhattan avec son mari et son fils, River, né le 9 juin 2007.