Rooney Mara é irmã da também atriz Kate Mara, mas sua família sempre esteve ligada mais ao universo do esporte do que ao das artes. É bisneta de dois precursores de importantes times de futebol americano: Art Rooney, que fundou em 1933 o Pittsburgh Steelers, e Tim Mara, fundador, em 1925, do New York Giants, um dos ícones do esporte nos Estados Unidos. Ela, no entanto, nunca demonstrou interesse em tocar os negócios da família. Seu nome completo é Patricia Rooney Mara e chegou a ser creditada como Tricia Mara em alguns trabalhos.

Estudou psicologia e relações internacionais na Universidade de Nova York, mas já durante os cursos viu o início de sua carreira como intérprete. Primeiramente, apareceu em alguns vídeos universitários e logo ou a ser chamada pela irmã para fazer pontas em alguns de seus filmes. Este foi o caso de Lenda Urbana 3 - A Vingança de Mary (2005), que foi o primeiro longa a contar com Rooney no elenco.

Na sequência, fez pequenas participações em séries como Law & Order: Special Victims Unit e E.R. e é convocada para figurações em Um Por Todas e Todas Por Um e Rebelde Com Causa, até receber sua primeira grande chance. Em 2010, sofre nas mãos de Freddy Krueger em A Hora do Pesadelo e conquista elogios pela performance.

No mesmo ano, tem uma pequena mas significativa participação em A Rede Social, quando dá vida à Erica Albright, que namorou Mark Zuckerberg (Jesse Eisenberg) antes que ele criasse o Facebook. Rooney foi dirigida por David Fincher e, pelo visto, chamou a atenção do cineasta, uma vez que foi escalada por ele para o duro papel de Lisbeth Salander na versão americana de Millennium - Os Homens Que Não Amavam as Mulheres, que lhe rendeu sua primeira indicação ao Oscar.