Вотерстон народилася у Вестмінстері, Лондон, у сім'ї актора Сема Вотерстона та колишньої моделі. Після навчання акторській професії в школі мистецтв Тіш Нью-Йоркського університету, вона розпочала свою кар'єру на екрані і згодом з'явилася в кількох незалежних фільмах.

Наприкінці 2000-х Вотерстон перебралася до Лос-Анджелеса, де виступала на театральній сцені, а також виконала невеликі ролі у фільмах «Штурмуючи Вудсток» і «Бути Флінном». У 2012 вона з'явилася в кількох епізодах серіалу HBO «Підпільна імперія». Проривом у її кар'єрі стала роль другого плану у фільмі 2014 «Вроджений порок», яка принесла їй номінацію на премію «Супутник». Після цього вона отримала провідну роль нарівні з Елізабет Мосс у фільмі «Королева Землі», а також роль колишньої дружини головного героя в байопіку «Стів Джобс».

У 2016 Вотерстон виконує головну жіночу роль у фільмі «Фантастичні звірі і де їх шукати», спін-офі серії фільмів про Гаррі Поттера. Картина вийшла в прокат 18 листопада 2016 Ще одну головну роль вона отримала у фільмі Рідлі Скотта «Чужий: Заповіт», сиквелі «Прометея».