Fox werd geboren in Rockwood, in de Amerikaanse staat Tennessee. Ze is van Ierse, Franse en Indiaanse afkomst en heeft één oudere zus. Fox begon op vijfjarige leeftijd met het volgen van acteer- en danslessen. Toen ze tien was verhuisde ze naar Florida, waar ze deze lessen bleef volgen, en haar school afmaakte. Op 13-jarige leeftijd maakte ze haar opwachting als model. In 1999 won ze meerdere prijzen op de American Modeling and Talent Convention in Hilton Head Island. Ook tijdens haar filmcarrière was ze als model te zien in meerdere bladen, waaronder FHM, Maxim en GQ.

In 2001 maakte ze haar filmdebuut in Holiday in the Sun, waar ook de tweeling Mary-Kate en Ashley Olsen in spelen. Daarna kreeg ze een gastrollen in de series What I Like About You, Two and a Half Man en The Help. In 2004 speelde ze samen met Lindsay Lohan een hoofdrol in de film Confessions of a Teenage Drama Queen. Van 2004 tot en met 2006 was ze regelmatig te zien in de komedieserie Hope & Faith.

In 2007 brak ze wereldwijd door met haar hoofdrol in de zomerfilm Transformers, waarin ze de vriendin van Shia LeBeoufs personage Sam Witwicky speelt. In juni van datzelfde jaar werd ze gecast voor de film How to Lose Friends & Alienate People.

Fox heeft een relatie met acteur Brian Austin Green.