Waterston, Westminster, Londra'da aktör Sam Waterston ve eski model bir ailenin çocuğu olarak dünyaya geldi. New York Üniversitesi Tisch Sanat Okulu'nda oyunculuk eğitimi aldıktan sonra ekran kariyerine başladı ve ardından birkaç bağımsız filmde rol aldı.

2000'lerin sonunda Waterston, tiyatro sahnesinde performans sergilediği ve ayrıca "Taking Woodstock" ve "Being Flynn" filmlerinde küçük roller üstlendiği Los Angeles'a taşındı. 2012'de HBO dizisi "Boardwalk Empire"ın birkaç bölümünde göründü. Kariyerindeki atılım, 2014 yapımı "Inherent Vice" filmindeki yardımcı rol oldu ve bu rol ona Satellite Ödülü adaylığı kazandırdı. Ardından "Queen of the Desert" filminde Elisabeth Moss ile başrolü paylaştı ve "Steve Jobs" biyografik filminde baş karakterin eski eşini canlandırdı.

2016'da Waterston, Harry Potter film serisinin yan ürünü olan "Fantastic Beasts and Where to Find Them" filminde baş kadın rolünü üstlendi. Film 18 Kasım 2016'da gösterime girdi. Bir başka başrolü de Ridley Scott'ın "Prometheus"un devamı olan "Alien: Covenant" filminde aldı.