Уотерстон родилась в Вестминстере, Лондон, в семье актёра Сэма Уотерстона и бывшей модели. После обучения актёрской профессии в школе искусств Тиш Нью-Йоркского университета, она начала свою карьеру на экране и впоследствии появилась в нескольких независимых фильмах.

В конце 2000-х Уотерстон перебралась в Лос-Анджелес, где выступала на театральной сцене, а также исполнила небольшие роли в фильмах «Штурмуя Вудсток» и «Быть Флинном». В 2012 году она появилась в нескольких эпизодах сериала HBO «Подпольная империя». Прорывом в её карьере стала роль второго плана в фильме 2014 года «Врождённый порок», которая принесла ей номинацию на премию «Спутник». После этого она получила ведущую роль наравне с Элизабет Мосс в фильме «Королева Земли», а также роль экс-супруги главного героя в байопике «Стив Джобс».

В 2016 году Уотерстон исполняет главную женскую роль в фильме «Фантастические твари и где они обитают», спин-оффе серии фильмов о Гарри Поттере. Картина вышла в прокат 18 ноября 2016 года. Ещё одну главную роль она получила в фильме Ридли Скотта «Чужой: Завет», сиквеле «Прометея».