Elizabeth a színészkedést fiatalon kezdte a nővérei, Mary-Kate és Ashly filmjeiben. Ő is felvételizett a Kém kölykök filmre. Majdnem abbahagyta a színészkedést 2004-ben köszönhetően Mary-Kate étkezési rendellenességét környező médiafelhajtásnak.

Kitörő szerepet kapott a 2011-es Martha Marcy May Marlene című filmben. A film, beleértve Elizabeth teljesítményét, elismerő kritikát kapott. Jelölték és nyert is számos kritikai díjat, köszönhetően, ahogyan ábrázolta Martha karakterét a filmben, egy lány téveszmékben és paranoiában szenved miután menekül egy szekta elől és visszatér a családjához. A következő filmje egy horror film volt, a Silent House, amiben Sarah szerepét játszotta. A film vegyes kritikát kapott, bár Elizabeth teljesítményét dicsérték. A következő filmje a Red Lights, ami 2012 július 13-án jelent meg Amerikában. Ő játszotta Josh Radnor szerepét a Liberal Arts című filmben, ami ugyan ebben az évben január 22-én jelent meg. Együtt szerepeltek Dakota Fanning-el a Nagyon jó lányok című 2013-as filmben.
2013 januárjában jelölték a Rising Star Díjátadóra. Szerepelt az Oldboy című dél-koreai film amerikai feldolgozásában, amiben Marie szerepét játszotta , aki egy fiatal szociális munkás, aki kapcsolatot ápol a főszereplővel. Ő játszotta Edie Parker szerepét, Jack Kerouac első feleségét a Kill Your Darlings című filmben.

2014-ben játszott az új Godzilla filmeb. Utána pedig csatlakozott a Marvel filmvilághoz, ugyanis ő játsszotta Skarlát Boszorkány szerepét a Bosszúállók: Ultorn kora című filmben, majd pedig az Amerika Kapitány: Polgárháborúban is. 2014-ben bejelentették, hogy együtt fog szerepelni Tom Hiddleston-al, a Láttam a fényt című filmben. 2016-ban pedig összeállt a Bosszúállók egyik sztárjával, Jeremy Renner-el a Wind River című filmben. Valamint szerepelni fog a Kodachrome filmben is.